KR20160019968A - 진동파 구동 디바이스, 진동파 모터용 스테이터, 진동파 모터, 구동 제어 시스템, 광학 장치, 및 진동파 구동 디바이스의 제조 방법 - Google Patents
진동파 구동 디바이스, 진동파 모터용 스테이터, 진동파 모터, 구동 제어 시스템, 광학 장치, 및 진동파 구동 디바이스의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
진동파 구동 디바이스(25)는 환형의 압전 재료(1) 및 압전 재료(1)를 사이에 끼워 설치되는 복수의 전극을 포함하는 환형의 압전 소자(20)로서, 파장(λ)의 진행파에 의해 진동하도록 구성되는 환형의 압전 소자, 및 소자(20)에 전력을 공급하기 위해 적어도 전기 배선(8a)을 포함하는 급전 부재(8)로서, 소자(20)의 제1 면에 설치되는 급전 부재(8)를 포함한다. 소자(20)는 2개 이상의 구동 영역(15, 16), 및 2개 이상의 구동 영역 중 2개 사이에 배열되며 nλ/4의 평균 환형 길이, 여기서 n은 홀수, 를 갖는 비구동 영역(17)을 포함한다. 제1 면에 설치되는 하나 이상의 전극은 영역(15, 16) 및 영역(17)에 걸쳐 배열되며, 영역(17)에서만 급전 부재(8)에 전기 접속된다.
Description
본 발명은 진동파 구동 디바이스, 진동파 모터용 스테이터, 진동파 모터, 구동 제어 시스템, 광학 장치, 및 진동파 구동 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 예를 들어, 환형의 진동파 모터의 전극에 전력을 공급하는 급전 부재에 관한 것으로, 진동 부재의 진동을 여진시키기 위해 전기-기계 에너지 변환 소자가 사용되고 구동력을 생성하기 위해 최종 진동 에너지가 사용된다.
진동(진동파) 액추에이터는 교류 전압 등의 전기 신호가 압전 소자 등의 전기-기계 에너지 변환 소자에 부여될 때 환형, 타원형, 또는 막대형 탄성 부재에 구동 진동을 여진시키는 진동자를 포함한다. 진동 액추에이터의 예로서, 진동자와 가압 접촉하게 되는 탄성 부재에 대해 진동자가 이동하는 진동파 모터가 제안된다.
이제, 환형의 진동파 구동 디바이스, 진동파 모터용 스테이터, 진동파 모터, 및 구동 제어 시스템이 개략적으로 설명된다.
환형의 진동파 모터는 전체 원주 길이가 소정 길이(λ)의 정수배가 되는 내경 및 외경을 갖는 환형의 압전 소자를 포함한다. 압전 소자는 환형 방향을 따라서 λ/2의 정수배가 되는 원주 길이를 각각 갖는 2개의 구동 영역(구동상)을 포함한다. 2개의 구동상에는 환형 방향을 따라서 λ/2의 피치에서 교호식으로 극성을 반전시키는 분극 처리가 행해진다. 따라서, 동일 방향의 전압이 구동상에 인가될 때, 구동상의 압전 소자는 역압전 효과로 인해 환형 방향을 따라서 λ/2 피치마다 교호식으로 반대로 신축할 수 있다.
2개의 구동상은 그 사이에 비구동 영역을 개재하도록 배열되고, 비구동 영역은 환형 방향을 따라서 λ/4의 홀수 배가 되는 원주 길이를 갖는다. 비구동 영역에서, 압전 소자는 분극 처리되지 않거나, 압전 소자에는 전압이 인가되지 않거나, 압전 소자에는 전압이 압전 소자에 효과적으로 인가되는 것을 저해하는 처리가 행해진다. 따라서, 비구동 영역의 압전 소자는 능동적으로 신축할 수 없다.
비구동 영역은 압전 재료의 진동 상태를 검지하는 검지상(검지 영역)을 포함할 수 있다. 검지상에서, 압전 소자는 분극 처리된다. 따라서, 외력에 의해 검지상 내의 압전 소자에 변형이 생성되는 경우, 검지상 내의 압전 소자는 정압전 효과로 인해 변형량에 따라서 전압을 출력한다.
진동파 구동 디바이스는 압전 소자의 구동상에 대한 전력 공급을 위한 전기 배선을 설치함으로써 그리고 압전 소자의 검지상에 대한 전압 검지를 위한 전기 배선을 설치함으로써 획득된다. 탄성 부재로 형성되는 진동판이 진동파 구동 디바이스에 접합되어 진동파 모터용 스테이터가 획득된다. 전기 배선으로서, 일반적으로 통합형 급전 부재인 플렉서블 인쇄 기판이 사용된다.
진동파 모터용 스테이터에서, 진동파 모터에 대한 스테이터의 고유 주파수인 교류 주파수를 갖는 교류 전압이 환형의 압전 소자 중 하나의 구동상에만 인가되는 경우, 파장(λ)을 갖는 정재파가 환형 방향을 따르는 진동판의 전체 원주에 걸쳐 진동판에 생성된다. 추가로, 다른 구동상에만 유사한 교류 전압이 인가되는 경우, 파장(λ)을 갖는 정재파가 환형 방향을 따르는 진동판의 전체 원주에 걸쳐서 진동판에 유사하게 생성된다. 추가로, 2개의 구동상에 의해 생성되는 정재파의 노드의 위치는 진동판의 환형 방향을 따라서 λ/4만큼 서로 어긋난다.
진동파 모터용 스테이터의 고유 주파수인 주파수를 각각 갖는 교류 전압이, 주파수들이 동일하며 시간적 위상차가 π/2인 방식으로 진동파 모터용 스테이터의 2개의 구동상에 인가된다. 그리고, 2개의 구동상의 정재파의 합성으로 인해, 환형 방향으로 진행하는 파장(λ)을 갖는 진행파가 진동판에 생성된다.
이 때, 진동판의 면(진동파 구동 디바이스가 접합되지 않는 면)의 하나의 소정의 지점에 착안하면, 진동판의 면 상에 일 종류의 타원 운동이 발생한다. 이 타원 운동은 환형 방향을 따르는 진동판의 모든 위치에서 발생하고, 따라서 진동판 면과의 접촉 상태가 유지되는 대상물은 진동판의 환형 방향을 따라서 이동할 수 있다. 추가로, 2개의 구동상에 인가되는 교류 전압의 시간적 위상차가 -π/2로 전환되는 경우, 대상물 이동 방향은 역전된다.
로터로 지칭되는 환형의 탄성 부재가 진동파 모터용 스테이터의 진동판의 면과 접촉하게 됨으로써, 진동파 모터가 획득된다. 환형의 압전 소자의 2개의 구동상에 인가되는 교류 전압의 시간적 위상차의 플러스 또는 마이너스 부호가 전환되고, 교류 전압의 크기 및 교류 전압의 주파수가 정밀하게 조정된다. 이 방식으로, 로터의 회전 방향, 토크 및 회전 속도를 변경하도록, 원하는 진행파가 진동파 모터용 스테이터에 생성될 수 있다.
구동 회로를 진동파 모터에 접속함으로써, 구동 제어 시스템이 획득된다. 구동 회로는 결과에 기초하여 전압 값으로서 위상 정보를 출력하기 위해 2개의 교류 전압의 위상들을 비교하는 위상 비교기를 포함한다. 예를 들어, 진동파 모터가 구동되는 경우, 검지상으로부터의 교류 전압 출력 및 구동상에 인가되는 교류 전압이 위상 비교기에 입력된다. 그리고, 위상 비교기로부터 출력되는 위상차 정보에 기초하여, 공진 상태로부터의 편차가 알려질 수 있다. 원하는 진행파를 생성하기 위해 이 정보에 기초하여 구동상에 인가되는 전기 신호가 결정된다. 이 방식으로, 초음파 모터의 회전 속도가 제어된다.
추가로, 이러한 환형의 진동 액추에이터로서, 특허 문헌 1에 개시된 진동 액추에이터가 알려져 있다.
특허 문헌 1에 개시된 초음파 모터는, 진동파 모터용 스테이터인 진동자 및 로터로 지칭되는 환형의 탄성 부재인 이동 소자를 포함하는 환형의 진동파 모터이고, 진동자는 급전 부재인 플렉서블 인쇄 기판이 압전 소자인 압전체에 설치되는 진동파 구동 디바이스에 진동판인 탄성 부재를 접합함으로서 획득된다.
압전체는 A-상 공통 전극인 A-상 전극, B-상 공통 전극인 B-상 전극, 및 접지용 전극을 포함한다. 플렉서블 인쇄 기판은 구동상들에 전력을 공급하는 전기 배선인 A-상 신호선 및 B-상 신호선, 및 접지 신호선을 포함한다. 각각의 신호선은 랜드부(노출부)를 포함한다. 플렉서블 인쇄 기판의 A-상 신호선, B-상 신호선, 및 접지 신호선은 각각의 랜드부에서 압전체의 A-상 전극, B-상 전극, 및 접지용 전극에 각각 접속된다.
추가로, A-상 전극, B-상 전극, 및 접지용 전극이 형성되는 압전체의 면에 그리고 압전 재료에 걸쳐 반대측의 면에, 접지 전극(미도시)이 형성된다. 접지 전극은 탄성 부재를 개재하여 압전체의 접지 전극의 면을 접지 전위에 유지하기 위해, 탄성 부재에 전기 접속되는 공통 전극이다. 접지 전극은 탄성 부재를 개재하여 접지용 전극에 전기 접속된다.
접지용 전극은 압전체의 A-상 전극과 B-상 전극 사이에 설치된다. 특허 문헌 1에 개시된 바와 같이, 구동상인 A상과 B상 사이에 λ/4 파장에 대응하는 간격이 제공된다. 즉, 접지용 전극을 포함하는 압전체의 영역은 환형 방향을 따라서 λ/4 원주 길이를 갖는 비구동 영역이다. 접지용 전극 및 접지 전극은 탄성 부재를 개재하여 서로 전기 접속되고, 따라서 접지용 전극과 접지 전극 사이의 압전체에는 전압이 실효적으로 인가되지 않는다.
추가로, 이러한 환형의 진동 액추에이터로서, 특허 문헌 2에 개시된 진동 액추에이터가 공지되어 있다.
특허 문헌 2에 개시된 초음파 모터는 분극 부분(특허 문헌 2의 압전 소자(15, 16, 17)) 및 비분극 부분(특허 문헌 2의 압전 소자(14))을 갖는 압전 소자에 급전 부재인 리드선 및 트리밍 저항기가 설치된 진동파 구동 디바이스에, 진동판인 금속 탄성 부재(2)를 접합함으로서 획득되는 진동파 모터용 스테이터와, 로터를 포함하는 환형의 진동파 모터이다.
압전 소자(특허 문헌 2의 압전 소자(15, 16))의 구동상 전극은 급전 부재인 트리밍 저항기에 각각 연결되고, 트리밍 저항기는 리드선에 각각 연결된다.
이 경우, 트리밍 저항기는 특허 문헌 2의 도 2의 등가 회로의 Ra 및 Rb에 의해 표현된다. 트리밍 저항기는 각각 세라믹을 금속과 혼합함으로써 획득되는 박막 저항기이고, 각각 레이저 비임에 의해 절단될 수 있는 가변 저항기이다. 추가로, 특허 문헌 2의 도 3에 도시된 바와 같이, 저항값은 온도에 따라 변하고, 100Ω 보다 크다.
구동상 전극이 그 위에 형성되는 압전 소자(특허 문헌 2의 압전 소자(15, 16))의 면에, 그리고 압전체를 사이에 두고 반대측의 면에, 전체-면 전극(미도시)이 형성된다. 전체-면 전극은 금속 탄성 부재를 이의 중앙부를 통해 접지 전위에 유지하기 위해 금속 탄성 부재에 전기 접속되는 공통 전극이다. 추가로, 압전 소자(특허 문헌 2의 압전 소자(17))는 모니터 전극을 포함하고, 압전 소자(특허 문헌 2의 압전 소자(17))의 진동 상태는 공통 전극에 의해 압전체를 사이에 끼움으로써 검지될 수 있다.
즉, 특허 문헌 2에 개시된 초음파 모터에서, 압전 소자(특허 문헌 2의 압전 소자(15, 16))는 구동상이 되고, 다른 압전 소자(특허 문헌 2의 압전 소자(17))는 비구동 영역에 설치된 검지상이 된다. 추가로, 비분극 압전 소자(특허 문헌 2의 압전 소자(14)) 또한 비구동 영역이 된다. 환형의 진동파 모터의 구동 원리 및 특허 문헌 2의 도 1의 관점에서, 압전 소자의 비구동 영역(특허 문헌 2에서 압전 소자(14)가 배치되는 영역)은 환형 방향을 따라서 3λ/4 원주 길이를 갖는다. 추가로, 압전 소자의 비구동 영역(특허 문헌 2에서 압전 소자(17)가 배치되는 영역)은 환형 방향을 따라 λ/4 원주 길이를 갖는다.
한편, 최근, 진동 액추에이터에서는 더욱 높은 성능, 더욱 높은 품질 및 더욱 낮은 비용이 요구된다. 급전 부재는 진동 액추에이터의 진동을 억제하는 하나의 요인이다. 환형의 진동파 모터 등의 종래 기술의 진동 액추에이터에서, 전력을 구동상에 공급하는 전기 배선은 급전 부재를 개재하여 구동상 전극에 직접 접속된다. 따라서, 압전 소자는 자발적인 신축이 억제되고, 따라서 진동 액추에이터의 진동이 억제된다. 특히, 최근, 비용을 감소시키고 품질을 향상시키기 위해, 진동 액추에이터의 급전 부재로서 플렉서블 인쇄 기판이 사용된다. 그러나, 환형의 진동파 모터 등의 종래 기술의 진동 액추에이터에서, 급전 부재는 비구동 영역뿐 아니라 2개의 구동상의 부분을 포함하는 넓은 영역에 걸쳐 접합된다. 따라서, 진동 액추에이터의 성능의 감소뿐 아니라 급전 부재의 비용의 상승 및 성능 변동으로 인한 품질의 감소가 과제로 되어 왔다.
본 발명은 상술된 과제의 관점에서 이루어지며, 진동파 구동 디바이스, 진동파 모터용 스테이터, 진동파 모터, 구동 제어 시스템, 광학 장치, 진동파 구동 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것에 관한 것으로, 종래 기술과 달리 압전 소자의 능동적인 신축을 억제하지 않고서 환형의 진동 액추에이터의 더욱 높은 성능, 더욱 높은 품질, 및 더욱 낮은 비용을 달성할 수 있다.
상술된 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 양태에 따르면, 일편의 압전 재료 및 일편의 압전 재료를 사이에 끼우도록 설치된 복수의 전극을 포함하는 환형의 압전 소자로서, 파장(λ)의 진행파에 의해 진동하도록 구성되는 환형의 압전 소자, 및 환형의 압전 소자에 전력을 공급하기 위해 적어도 전기 배선을 포함하는 급전 부재로서, 환형의 압전 소자의 제1 면에 설치되는 급전 부재를 포함하는 진동파 구동 디바이스가 제공되고, 환형의 압전 소자는 2개 이상의 구동 영역, 및 2개 이상의 구동 영역 중 2개 사이에 배열되며 nλ/4의 평균 환형 길이, 여기서 n은 홀수, 를 갖는 비구동 영역을 포함하고, 제1 면에 설치되는 하나 이상의 전극은 상기 비구동 영역, 및 2개 이상의 구동 영역 중 대응하는 하나에 걸쳐서 배열되며 비구동 영역에서만 급전 부재에 전기 접속된다.
상술된 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상술된 진동파 구동 디바이스, 및 환형의 압전 소자의 하나 이상의 전극면에 설치되는 진동판을 적어도 포함하는, 진동파 모터용 스테이터가 제공된다.
상술된 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 진동파 모터용 상술된 스테이터, 및 진동판의 진동면과 접촉하여 설치되는 로터를 적어도 포함하는 진동파 모터가 제공된다.
상술된 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 급전 부재를 개재하여 상술된 진동파 모터에 전기 접속되는 구동 회로를 적어도 포함하는 구동 제어 시스템이 제공된다.
상술된 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상술된 구동 제어 시스템을 포함하는 광학 장치가 제공된다.
상술된 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상술된 진동파 구동 디바이스의 제조 방법이 제공되며, 이 방법은 2개 이상의 구동 영역 각각의 제1 면에 분극용 전극을 설치하고, 비구동 영역의 상기 제1 면에 구동상 전력 공급 전극을 설치하고, 제2 면에 공통 전극을 설치하는 단계, 분극용 전극에 전압을 인가하여 일편의 압전 재료를 분극 처리하는 단계, 분극용 전극 및 구동상 전력 공급 전극에 걸쳐 접속 전극을 설치하는 단계, 및 구동상 전력 공급 전극 및 급전 부재를 비구동 영역에서만 서로 전기 접속하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가 특징은 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a, 도 1b, 및 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따르는 진동파 모터용 스테이터를 도시하는 개략도이다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따르는 진동파 구동 디바이스를 도시하는 개략도이다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따르는 진동파 구동 디바이스의 압전 소자를 도시하는 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에서 사용된 압전 소자의 구동 영역의 신축 극성을 도시하는 개략도이다.
도 5의 (a), 도 5의 (b), 도 5의 (c), 및 도 5의 (d)는 본 발명의 진동파 모터용 스테이터의 비구동 영역 근처를 확대 도시하는 개략도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 진동파 모터의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따르는 구동 제어 시스템의 회로를 도시하는 개략도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 광학 장치를 도시하는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따르는 광학 장치를 도시하는 개략도이다.
도 10a, 도 10b, 도 10c, 도 10d, 도 10e는 본 발명의 진동파 모터용 스테이터 제조 방법의 예를 도시하는 개략적인 공정도이다.
도 11a, 도 11b, 도 11c, 도 11d, 도 11e는 비교예 1에 따르는 진동파 모터용 스테이터 제조 방법의 예를 도시하는 개략적인 공정도이다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따르는 진동파 구동 디바이스를 도시하는 개략도이다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따르는 진동파 구동 디바이스의 압전 소자를 도시하는 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에서 사용된 압전 소자의 구동 영역의 신축 극성을 도시하는 개략도이다.
도 5의 (a), 도 5의 (b), 도 5의 (c), 및 도 5의 (d)는 본 발명의 진동파 모터용 스테이터의 비구동 영역 근처를 확대 도시하는 개략도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 진동파 모터의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따르는 구동 제어 시스템의 회로를 도시하는 개략도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 광학 장치를 도시하는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따르는 광학 장치를 도시하는 개략도이다.
도 10a, 도 10b, 도 10c, 도 10d, 도 10e는 본 발명의 진동파 모터용 스테이터 제조 방법의 예를 도시하는 개략적인 공정도이다.
도 11a, 도 11b, 도 11c, 도 11d, 도 11e는 비교예 1에 따르는 진동파 모터용 스테이터 제조 방법의 예를 도시하는 개략적인 공정도이다.
이제, 본 발명의 예시적인 실시예가 설명된다.
본 발명의 진동파 구동 디바이스는, 일편의 압전 재료 및 일편의 압전 재료를 사이에 끼우기 위해 설치된 복수의 전극을 포함하는 환형의 압전 소자로서, 파장(λ)의 진행파에 의해 진동하도록 구성되는 환형의 압전 소자, 및 환형의 압전 소자에 전력을 공급하기 위해 적어도 전기 배선을 포함하는 급전 부재로서, 환형의 압전 소자의 제1 면에 설치되는 급전 부재를 포함하고, 환형의 압전 소자는 2개 이상의 구동 영역, 및 2개 이상의 구동 영역 중 2개 사이에 배열되며 nλ/4의 평균 환형 길이, 여기서 n은 홀수를 갖는 비구동 영역을 포함하고, 제1 면에 설치되는 하나 이상의 전극은 비구동 영역 및 2개 이상의 구동 영역 중 대응하는 하나에 걸쳐 배열되며 비구동 영역에서만 급전 부재에 전기 접속되는 특징을 갖는다.
도 1a, 도 1b, 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따르는 진동파 모터용 스테이터(30)를 도시하는 개략도이다. 도 1a는 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)의 하나의 면의 개략적인 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 선 A-A를 따라서 취한 진동파 모터용 스테이터(30)의 단면도이고, 도 1c는 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)의 압전 소자(20)를 사이에 두고 도 1a에 도시된 면의 반대측의 면의 개략적인 평면도이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따르는 진동파 구동 디바이스(25)를 도시하는 개략도이다. 도 2a는 본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)의 하나의 면의 개략적인 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 선 B-B를 따라서 취한 진동파 구동 디바이스(25)의 단면도이고, 도 2c는 본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)의 압전 소자(20)를 사이에 두고 도 2a에 도시된 면의 반대측 상의 면의 개략적인 평면도이다.
도 3a, 도 3b, 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따르는 진동파 구동 디바이스(25)의 압전 소자(20)를 도시하는 개략도이다. 도 3a는 압전 소자(20)의 제1 면의 개략적인 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 선 C-C을 따라 취한 압전 소자(20)의 단면도이고, 도 3c는 압전 재료(1)를 사이에 두고 도 3a에 도시된 면의 반대측의 면, 즉 압전 소자(20)의 제2 면의 개략적인 평면도이다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)는 진동파 구동 디바이스(25), 진동판(9), 및 단락 배선(10)을 포함한다. 진동판(9)은 탄성 부재로 형성되고, 도체가 바람직하지만 이에 한정되지는 않는다. 진동판은 압전 소자와의 접촉 상태가 유지되는 면의 반대측에 진동면을 갖는다. 추가로, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)는 압전 소자(20), 및 압전 소자(20)와 절연체(8b)에 전력을 공급하기 위한 적어도 전기 배선(8a)을 구비하는 급전 부재(8)를 포함하고, 급전 부재(8)는 압전 소자(20)의 제1 면 상에 설치된다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 진동판(9)은 제1 면에 대향하는 압전 소자(20)의 면, 즉 압전 소자(20)의 제2 면에 설치되는 점에 유의한다. 추가로, 도 3a 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용된 압전 소자(20)는 환형의 원주 방향으로 2개의 구동 영역(15, 16) 및 2개의 비구동 영역(17, 18)을 포함한다.
추가로, 본 발명에 사용된 압전 소자(20)는, 예를 들어 0.1mm 내지 2.0mm의 두께를 갖는 실질적으로 균일한 환형의 일편의 압전 재료(1), 및 압전 재료(1)를 사이에 끼우도록 설치되는 복수의 전극을 포함한다. 복수의 전극 중, 구동상 전극(3)은 압전 소자(20)의 제1 면 상에 구비되며, 구동 영역(15) 및 비구동 영역(17)에 걸쳐 배열된다. 유사하게, 구동상 전극(4)은 압전 소자(20)의 제1 면 상에 설치되며, 구동 영역(16) 및 비구동 영역(17)에 걸쳐 배열된다. 2개의 접지 전극(5)은 환형 방향으로 구동상 전극(3) 및 구동상 전극(4)에 인접하도록 비구동 영역(17)에 배열된다. 접지 전극(6)은 구동상 전극(3, 4)들 사이에 끼워지도록 비구동 영역(18)에 배열된다. 검지상 전극(7)은 2개의 접지 전극(5)들 사이에 끼워지도록 비구동 영역(17)에 배열된다. 추가로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 복수의 전극 중, 공통 전극(2)은 압전 소자(20)의 제2 면 상에 설치되며, 구동 영역(15, 16) 및 비구동 영역(17, 18)에 걸쳐 환형 형상으로 배열된다.
추가로, 도 2a에 도시된 바와 같이, 구동상 전극(3, 4)은 비구동 영역(17)에서만 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)에 전기 접속되고, 구동 영역(15, 16)에서는 전기 배선(8a)에 전기 접속되지 않는다. 추가로, 구동상 전극(3, 4)은 비구동 영역(17)에서만 급전 부재(8)의 절연체(8b)에 물리적으로 접합되고, 구동 영역(15, 16)에서는 절연체(8b)에 물리적으로 접합되지 않는다.
본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)에서, 예를 들어, 공통 전극(2)은 접지 전위에 유지되고, 전력이 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)을 통해 구동상 전극(3, 4)에 공급되어 이에 의해 전압을 압전 소자(20)의 구동 영역(15, 16)에 인가한다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)에서, 주파수, 즉 진동파 모터용 스테이터(30)의 7차 고유 주파수를 갖는 교류 전압이 구동 영역(15)에 인가될 때, 환형 방향을 따르는 진동판(9)의 전체 원주에 걸쳐 진동판(9)에 파장(λ)을 갖는 정재파가 생성된다. 동일한 내용이 다른 구동 영역(16)에 적용된다. 이 경우, 구동 영역(15, 16)에 의해 생성되는 정재파의 노드의 위치는 진동판(9)의 환형 방향을 따라 λ/4만큼 어긋나는데, 이는 비구동 영역(18)이 설치되기 때문이다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같은 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)에서, 주파수, 즉, 진동파 모터용 스테이터(30)의 7차 고유 주파수를 각각 갖는 교류 전압이 구동 영역(15, 16)에 인가되고 따라서 시간적 위상차는 π/2이다. 이 경우, 2개의 구동상에 의해 생성되는 정재파의 합성으로 인해, 환형 방향으로 진행하는, 파장(λ)을 갖는 진행파가 진동판(9)에 생성된다. 정재파의 파장(λ)은 예를 들어 도 1a의 면의 측으로부터 레이저 도플러 진동계에 의해 진동파 모터용 스테이터(30)의 변위량을 측정함으로써 평가될 수 있다. 정재파의 파장(λ)은 레이저 도플러 진동계에 의해 측정된 변위량이 최대가 되는 2개의 인접 지점들 사이의 평균 환형 길이의 두 배이다. 파장(λ)이 결정되면, 레이저 도플러 진동계에 의해 변위량을 10회 이상 측정하고 이의 평균을 사용하는 것이 바람직하다. 이 때, 진동판(9)의 면(도 1c에 도시된 면)의 하나의 지점에 착안하면, 진동판(9)의 면에 일 종류의 타원 운동이 발생한다. 이 타원 운동은 환형 방향을 따르는 진동판(9)의 모든 위치에서 발생하고, 따라서 진동판(9)의 면과의 접촉 상태가 유지되는 대상물은 진동판(9)의 환형 방향을 따라서 이동할 수 있다. 추가로, 2개의 구동상에 인가되는 교류 전압의 시간적 위상차가 -π/2로 설정되는 경우, 대상물 이동 방향은 역전된다. 즉, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)는 7차 고유 주파수를 갖는 진동 모드에서 구동될 수 있다.
본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)에서, 구동상 전극(3, 4)은 구동 영역(15, 16)뿐 아니라 비구동 영역(17)에 걸쳐 배열된다. 따라서, 구동 영역(15, 16)에 급전 부재(8)를 전기 접속, 또는 물리적으로 접합할 필요가 없다. 즉, 구동 영역(15, 16)에서, 압전 소자(20)의 능동적인 신축이 급전 부재(8)에 의해 억제되지 않는다. 따라서, 급전 부재(8)에 기인한 진동파 모터용 스테이터(30)의 진동 성능의 저하가 방지된다. 추가로, 급전 부재(8)가 압전 소자(20)에 접속될 때의 위치 변동 등에 의해 발생되는 진동파 모터용 스테이터(30)의 진동 성능의 변동에 기인한 품질 저하 또한 방지된다. 추가로, 급전 부재(8)는 종래 기술의 진동파 구동 디바이스보다 크기가 작아져, 급전 부재(8)의 비용이 감소될 수 있다.
본 발명의 일편의 압전 재료는 동일한 조성의 원료를 동시에 소성하여 형성된, 균일한 조성을 갖는 시임리스 세라믹 압전 소자를 의미한다. 세라믹은 일반적으로 미세 결정의 응집체이고, 각각의 결정은 플러스 전하를 갖는 원자 및 마이너스 전하를 갖는 원자를 포함한다. 대부분의 세라믹에서, 플러스 전하 및 마이너스 전하는 균형을 이룬 상태이다. 그러나, 자연 상태에서도 결정 내의 플러스 및 마이너스 전하의 균형이 손실되어 전하의 치우침(자발 분극)이 발생하는, 강유전체 세라믹으로 지칭되는 일 종류의 유전체 세라믹이 존재한다.
강유전체 세라믹이 소성된 이후, 이의 자발 분극의 방향은 흩어지고, 전체 세라믹은 전하의 치우침을 갖지 않는 것으로 보인다. 그러나, 이에 높은 전압이 인가되면, 자발 분극의 방향은 일률적으로 배열되고, 전압이 제거되더라도 원래로 돌아갈 수 없다. 이러한 자발 분극의 방향의 배열은 일반적으로 분극 처리로 지칭된다. 추가로, 분극 처리가 실시된 강유전체 세라믹에 외부로부터 전압이 인가되면, 세라믹 내부의 플러스 및 마이너스 전하 각각의 중심이 외부 전하에 대해 유인 또는 반발되어, 세라믹 본체를 신축시킨다(역압전 효과). 본 발명의 일편의 압전 재료는 상술된 바와 같이 분극 처리를 행하여 역압전 효과를 발생시키는 세라믹 재료를 가리키고, 일편의 압전 재료의 적어도 일부가 분극 처리된 세라믹 재료를 가리킨다.
본 발명의 구동 영역은 압전 소자에 전압이 인가될 때 압전 소자가 능동적으로 신축할 수 있는 영역을 가리킨다. 2개 이상의 구동 영역이 존재하고, 평균 환형 길이는 λ/2의 배수가 된다. 한편, 본 발명의 비구동 영역은 압전 소자가 능동적으로 신축할 수 없는 영역을 가리킨다. 2개의 구동 영역의 사이에 2개 이상의 비구동 영역이 존재하고, 평균 환형 길이는 λ/4의 홀수 배가 된다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 본 발명에 사용되는 압전 소자(20)의 예에서, 구동 영역(15, 16) 각각의 평균 환형 길이는 3λ이다. 추가로, 비구동 영역(17)의 평균 환형 길이는 3λ/4이고, 비구동 영역(18)의 평균 환형 길이는 λ/4이다. 파장(λ)은 진동파 모터 등의 액추에이터에 요구되는 성능에 기초하여 결정되는 설계값이다. 평균 환형 길이가 λ/4의 홀수 배가 되는 비구동 영역이 형성되는 경우, 파장(λ)에 대해 ±20% 이하의 편차가 발생하더라도, 진동파가 적절하게 전파될 수 있는 한 편차는 허용될 수 있다. 편차는 파장(λ)에 대해 바람직하게는 ±10%이고, 더 바람직하게는 ±5%이다. 게다가, 파장(λ)과 비구동 영역의 평균 환형 길이 사이에 대응 관계가 존재하는 것이 바람직하다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용되는 압전 소자(20)는 2개의 구동 영역 및 2개의 비구동 영역을 갖지만, 본 발명에 사용되는 압전 소자는 이에 한정되지 않는다. 환형 방향으로 진행하는 진행파가 원리적으로 진동판에 발생하는 한, 각 3개 이상의 구동 영역 및 3개 이상의 비구동 영역이 설치될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 사용되는 압전 소자(20)의 구동 영역(15, 16)의 신축 극성을 도시하는 개략도이다. 본 발명의 신축 극성은 도 3a에 도시된 압전 소자(20)의 면(압전 소자(20)의 제1 면)의 전극에 플러스의 전압이 인가될 때, 압전 소자(20)가 환형 방향의 신축을 구별하기 위해 사용된다. 도 4a 및 도 4b에서, 압전 소자(20)가 환형 방향으로 신장하는 경우 "+"로 표시되고, 압전 소자(20)가 환형 방향으로 수축하는 경우 "-"에 의해 표시된다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 본 발명에 사용되는 압전 소자(20)의 구동 영역(15, 16)에는 환형 방향을 따라서 λ/2의 피치로 교호식으로 극성을 반전시키는 분극 처리가 미리 행해진다. 따라서, 구동 영역(15, 16)에 동일 방향의 전압이 인가되는 경우, 구동 영역(15, 16)은 역압전 효과에 의해 환형 방향을 따라서 λ/2의 피치마다 교호식으로 반대로 신축할 수 있다. 즉, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 각각의 구동 영역(15, 16)은 λ/2의 피치마다 교호식으로 극성이 반전되는 신축 극성을 갖는다.
한편, 도 4a에서, 비구동 영역(17, 18)에 대한 신축 극성은 도시되지 않는다. 그러나, 이는 비구동 영역(17, 18)이 신축 극성을 갖지 않는 것을 의미하는 것은 아니다. 본 발명의 비구동 영역은 압전 소자(20)가 능동적으로 신축할 수 없는 영역이다. 비구동 영역(17, 18)에 대해 압전 소자(20)의 능동적인 신축을 방지하는 처리가 행해진 경우, 압전 소자(20) 자체는 신축 극성을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 후술되는 바와 같이, 비구동 영역(17) 중, 검지상 전극(7)이 배열된 부분의 압전 소자(20)는 신축 극성을 필요로 한다. 따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 비구동 영역(17, 18) 또한 일부에 신축 극성을 갖는 것이 바람직하다.
이 경우, 압전 소자(20)의 비구동 영역(17) 중 검지상 전극(7)이 배열되는 부분은 검지상 전극(7) 및 공통 전극(2)의 2개의 전극면에 수직한 선이 압전 재료와 교차하는 영역을 가리킨다. 검지상 전극(7) 및 공통 전극(2)이 병렬로 배열되지 않는 경우, 이 부분은 2개의 전극면, 즉, 검지상 전극(7)의 면과, 검지상 전극(7)이 투영되는 공통 전극(2)의 면에 수직인 선이 압전 재료와 교차하는 영역을 가리키는 점에 유의한다. 이후, "전극이 배열되는 부분"이라고 설명되는 경우, 이 표현은 이러한 의미를 갖는다. 동일한 내용이 구동상 전극(3, 4)이 배열되는 부분, 및 접지 전극(6)이 배열된 부분에 대해 적용된다.
이 경우, 압전 소자(20)가 능동적으로 신축하는 것을 방지하는 처리는 예를 들어 도 1a의 비구동 영역(18)에 도시된 바와 같이, 공통 전극(2) 및 접지 전극(6)을 도전체로 제조되는 진동판(9) 및 단락 배선(10)을 통해 서로 전기 접속하는 처리를 가리킨다. 압전 소자(20) 자체가 신축 극성을 갖고 임의의 수단에 의해 접지 전극(6)에 전력이 공급되는 경우에도, 압전 소자(20)는 능동적으로 신축하지 않는다. 이러한 처리는 비구동 영역(18)이 도 4b에 도시된 바와 같은 신축 극성을 갖는 경우에 유효하다.
추가로, 압전 소자(20)가 능동적으로 신축하는 것을 방지하는 다른 처리는, 예를 들어, 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)과 접지 전극(5) 중 하나 사이의 전기 접속을 방지하는 처리이다. 비구동 영역(17)에 급전 부재(8)가 물리적으로 접합되고 압전 소자(20) 자체가 신축 극성을 갖는 경우에도, 압전 소자(20)는 능동적으로 신축할 수 없다. 이러한 처리는 급전 부재(8)과 접지 전극(5) 사이의 접속 부분에 절연 처리를 실시하거나, 접지 전극(5)과 접속되는 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)을 제거하는 것에 의해 가능하다. 이러한 처리는 비구동 영역(17)이 도 4b에 도시된 바와 같은 신축 극성을 갖는 경우에 유효하다.
추가로, 압전 소자(20)가 능동적으로 신축하는 것을 방지하는 처리는 예를 들어 급전 부재(8)의 전기 배선(8a) 및 전극이 서로 전기 접속되는 경우에도 전력이 구동 회로로부터 공급되는 것을 방지하는 처리이다. 압전 소자(20) 자체가 신축 극성을 갖는 경우에도, 압전 소자(20)는 능동적으로 신축할 수 없다. 이러한 처리는 비구동 영역(17)이 도 4b에 도시된 바와 같은 신축 극성을 갖는 경우에 유효하고, 후술되는 검지 영역(검지상)에 대해 수행되는 것이 바람직한 처리이다.
본 발명의 전극은 환형의 일편의 압전 재료(1)의 면 중 어느 하나에 설치되고, 이의 저항값은 10Ω미만이고, 바람직하게는 1Ω미만이다. 전극의 저항값은, 예를 들어 공통 전극(2)의 경우, 환형의 원주 방향의 저항, 즉 공통 전극의 소정의 지점과, 환형 형상의 중심에 대해 중심 대칭인 중심 지점 사이의 저항을 회로계(전기 테스터)에 의해 측정함으로써 평가될 수 있다. 또한, 예를 들어 구동상 전극(3)의 경우, 이의 저항값은 환형의 원주 방향에서 가장 이격된 지점들 사이의 저항을 회로계(전기 테스터)에 의해 측정함으로써 평가될 수 있다. 다른 전극도 유사한 방법에 의해 평가될 수 있다. 추가로, 본 발명의 전극으로서, Ag 페이스트, Ag의 소성 전극, Au/Ti 스퍼터링 전극 등이 바람직하며, 이는 두께 및 저항값이 작기 때문이다.
본 발명의 전극은 전극이 압전 재료(1)의 면 중 어느 하나에 직접 설치되는 부분을 구비하는 한 복수의 전극의 적층체일 수 있다. 예를 들어, 상술된 바와 같이, 압전 소자(20)의 구동 영역(15, 16)의 압전 재료(1)는 환형 방향을 따라서 λ/2의 피치로 교호식으로 극성을 반전하는 분극 처리가 행해진다. 즉, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 압전 소자(20)의 신축 극성은 변한다. 이러한 분극 처리를 수행하기 위해, 복수의 분극용 전극(분극용 전극(33))이 압전 재료(1)의 하나의 면(예를 들어, 도 3a에 도시된 압전 소자(20)의 제1 면)에 설치되고, 공통 전극(2)이 압전 재료(1)의 다른 면(예를 들어 도 3c에 도시된 압전 소자(20)의 제2 면)에 설치되는 상태 하에서 분극 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 각각의 구동상 전극(3, 4)은 개별 전극을 사용하여 복수의 분극용 전극을 연결하는 것에 의해, 또는 복수의 분극용 전극 상에 다른 전극을 위쪽으로부터 중첩하는 것에 의해 획득될 수 있다.
한편, 본 발명의 구동상 전극(3, 4)은 구동 영역(15, 16)뿐 아니라 비구동 영역(17)에 걸쳐서 배열되는 것이 요구된다. 따라서, 비구동 영역(17)에도 전극(예를 들어, 도 10b의 구동상 전력 공급 전극(34))이 설치되고, 비구동 영역(17)에 설치된 전극 및 복수의 분극용 전극은 다른 전극을 사용하여 연결될 수 있고, 또는 다른 전극이 위쪽으로부터 이들 전극 상에 중첩되어 이에 의해 구동상 전극(3, 4)이 획득될 수 있다. 본 발명에서, 급전 부재(8)는 비구동 영역(17) 내의 각각의 전극에 확실하게 전기 접속되는 것이 요구된다. 따라서, 다른 전극을 중첩함으로써 구동상 전극(3, 4)을 획득하는 것이 본 발명의 예시적인 실시예이다.
구동 영역(15, 16)에 설치된 복수의 분극용 전극 및 비구동 영역(17)에 설치된 전극 상에 다른 전극을 위쪽으로부터 중첩함으로써 구동상 전극(3, 4)이 획득되는 경우, 이들 전극은 동일 재질이거나 다른 재질일 수 있고, 또는 동일 재질이지만 상이한 방법에 의해 제조될 수 있는 점에 유의한다. 추가로, 개별 전극을 사용하여 이들 개별 전극을 연결함으로써 구동상 전극(3, 4)이 획득되는 경우에도, 연결을 위한 개별 전극은 동일 재질이거나 상이한 재질일 수 있고, 또는 동일 재질이지만 상이한 방법에 의해 제조될 수 있다. 후속하여 설치되는 전극은 환형의 일편의 압전 재료(1)의 면 중 어느 하나에 직접 설치되는 부분을 갖고 전극의 저항값이 10Ω 미만, 바람직하게는 1Ω 미만인 점이 단지 요구된다.
구동 영역(15, 16) 및 비구동 영역(17, 18)은 이하의 방법에 의한 검증을 통해 특정될 수 있다. 도 3a 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 비구동 영역(18)은 구동상 전극(3, 4) 사이에 끼워진다. 이 경우, 구동상 전극(3 또는 4)과 접지 전극(6) 사이의 경계부의 중간 지점이 기점으로서 설정되는 경우, 비구동 영역(18)의 평균 환형 길이를 알게 된다. 예를 들어, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 환형의 압전 소자의 경우, 구동상 전극(3 또는 4)과 접지 전극(6) 사이의 경계부에서, 접지 전극(6)의 에지를 따르는 반경 방향의 중간 지점이 기점으로서 설정될 때, 환형의 압전 소자의 링의 중심에 중심 설정된 원호의 길이를 측정하여 평균 환형 길이가 획득될 수 있다.
상술된 바와 같이 비구동 영역(18)의 평균 환형 길이는 λ/4이다. 이어서, 압전 소자(20)의 평균 환형 길이가 확인된다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 본 발명에 사용되는 압전 소자(20)의 경우, 평균 환형 길이는 7λ(비구동 영역(18)의 약 28배)이다. 한편, 구동 영역(15, 16)의 각각의 평균 환형 길이는 λ/2의 정수배이다. 추가로, 본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)에서, 급전 부재(8)는 비구동 영역(17)에만 배열된다. 이 관점에서, 비구동 영역(17)은 비구동 영역(18)의 길이의 약 3배의 길이를 갖는 것이 육안으로 확인될 수 있다. 따라서, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 본 발명에 사용되는 압전 소자(20)에서, 비구동 영역(17)은 3λ/4이다. 따라서, 구동 영역(15, 16)의 각각의 평균 환형 길이는 7λ-(λ/4+3λ/4)=6λ의 절반, 즉, 3λ인 점이 이해된다. 따라서, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 본 발명에 사용되는 압전 소자(20)에서, 구동상 전극(3, 4)과 접지 전극(6) 사이의 경계부의 중간 지점이 기점으로서 설정될 때, 평균 환형 길이가 3λ의 범위 내의 영역이 본 발명의 구동 영역(15, 16)인 것으로 특정될 수 있다.
본 발명의 진동파 구동 디바이스에서, 비구동 영역은 nλ/4(n은 홀수)의 평균 환형 길이를 갖고, n은 1 또는 3인 것이 바람직하다.
본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)에서, 급전 부재(8)는 비구동 영역(17)에서만 압전 소자(20)의 제1 면에 설치된 구동상 전극(3, 4)과 전기 접속된다. 따라서, 비구동 영역(17)의 평균 환형 길이가 짧아질수록, 급전 부재(8)가 소형화될 수 있고, 이는 급전 부재(8)의 비용의 추가적인 감소를 가능하게 한다. 추가로, 동일한 평균 환형 길이를 갖는 압전 소자에서, 비구동 영역(17, 18)의 각각의 평균 환형 길이가 짧아질수록, 구동 영역(15, 16)의 각각의 평균 환형 길이는 길어진다. 따라서, 진동파 모터용 스테이터(30)의 진동 성능이 향상된다. 추가로, 비구동 영역(17, 18)은 압전 소자(20)가 능동적으로 신축할 수 없는 영역이지만, 구동 영역(15, 16)에 의해 생성되는 진동의 전반으로 인해 진동하는 영역이다. 따라서, 비구동 영역(17, 18)의 각각의 평균 환형 길이가 짧아질수록, 전반을 통해 생성되는 진동이 급전 부재(8)에 의해 억제되는 것이 더욱 방지될 수 있고, 따라서 진동파 모터용 스테이터(30)의 진동 성능이 향상된다. 상술된 바와 같이, 평균 환형 길이는 짧은 쪽이 바람직하고, n은 1 또는 3인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, n은 1이다.
한편, 진동파 모터용 스테이터(30) 및 진동파 모터(40)로서 더욱 바람직한 구성을 달성하기 위해, 본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)의 비구동 영역(17)은 후술되는 검지 영역(검지상)으로서의 기능, 및 공통 전극(2)과 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)을 서로 전기 접속하는 기능 모두를 가질 수 있다. 비구동 영역이 이러한 기능을 갖는 경우, n은 3일 수 있다.
추가로, 진동파의 품질이 만족되는 한, 급전 부재(8) 및 비구동 영역의 접속에 관해, 급전 부재(8)가 비구동 영역을 약간 초과하여 접속되는 경우에도, 비구동 영역에서만 급전 부재와 전기 접속된다고 간주될 수 있다. 그러나, 배열의 허용도는 파장(λ)에 대해 약 5% 이하, 더욱 바람직하게는 3% 이하로 감소되는 것이 바람직하다.
본 발명의 진동파 구동 디바이스는 이하의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
0≤d(2)<0.1d(1)
여기서, d(1)은 구동 영역 각각의 압전 상수 절대값을 나타내고 d(2)는 비구동 영역 중, 비구동 영역 및 구동 영역의 대응하는 하나에 걸쳐 배열된 전극을 포함하는 부분의 압전 상수의 절대값이다.
본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)에서, 구동상 전극(3, 4)은 구동 영역(15, 16)뿐 아니라 비구동 영역(17)에 걸쳐 배열된다. 따라서, 비구동 영역(17) 중, 구동상 전극(3, 4)이 배열되는 부분은 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)을 통해 전력이 공급된다. 그러나, 비구동 영역(17)에서는 압전 소자(20)가 능동적으로 신축하는 것을 방지하는 것이 필요하다. 예를 들어, 비구동 영역(17) 중, 구동상 전극(3, 4)이 배열되는 부분 각각의 압전 상수(압전 상수의 절대값(d(2)))를 감소시키는 것과 같은 처리가 요구된다. 추가로, 예를 들어, 공통 전극(2)의 배치를 변경하여 비구동 영역(17) 중 구동상 전극(3, 4)이 배열되는 부분에 수직인 선이 압전 재료가 교차하는 영역으로부터 공통 전극(2)을 제거하는 등의 고안이 요구된다.
본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)에서, 공통 전극(2)의 배열을 변경하는 후자의 방법은 진동판(9)을 통해 전압이 인가될 수 있는 우려에 대한 대책을 요구하고, 따라서, 생산성 및 비용면에서 바람직하지 않다. 한편, d(2)를 감소시키는 전자의 방법의 경우, d(2)가 구동 영역(15, 16)의 압전 상수(압전 상수의 절대값(d(1)) 보다 충분히 작은 한, d(2)가 완전히 0이 아닌 경우에도, 문제없는 진행파가 생성될 수 있다. 이 경우, "충분히 작은"은 d(2)<0.1d(1)이 만족되는 경우를 가리킨다.
한편, 압전 재료(1)가 분극 처리되지 않는 경우, 역압전 효과는 발생하지 않는다. 추가로, 분극 처리가 불충분한 경우, 역압전 효과는 적다. 추가로, 압전 재료(1)가 압전 재료의 퀴리 온도(Tc) 이상의 온도 또는 탈분극 온도(Td) 이상의 온도에서 가열 처리되는 경우, 역압전 효과는 현저하게 감소된다. 추가로, 온도가 퀴리 온도 이하 또는 탈분극 온도 이하가 되는 경우에도, 온도가 그 근방의 온도인 경우, 역압전 효과는 가열 처리가 수행되지 않는 경우에 비해 저하된다. 상술된 바와 같이, 동일한 압전 재료에서도 분극 처리 조건, 가열 처리 조건 등에 따라서 역압전 효과의 정도는 변한다. 추가로, 일편의 압전 재료 일부만이 퀴리 온도 이상 또는 탈분극 온도 이상의 온도에서 가열 처리 등의 처리가 행해지는 경우, 일편의 압전 재료에서도 역압전 효과의 정도는 부분적으로 변한다. 본 발명의 압전 상수는 일편의 압전 재료의 소정의 부분의 이러한 압전 상수를 가리킨다.
본 발명의 압전 상수의 절대값(d(1)) 및 압전 상수의 절대값(d(2))을 평가하는 방법은 이하와 같다. 먼저, 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)에서, 진동파 구동 디바이스(25)가 진동판(9)으로부터 제거되고, 이어서 압전 소자(20)가 급전 부재(8)로부터 제거된다. 그리고, 압전 소자(20)의 원하는 부분이 절단되어 베를린 코트법(Berlin court method)에 의해 평가된다. 구체적으로는, 압전 상수의 절대값(d(1))이 평가되는 경우, 구동 영역(15, 16) 각각의 실질적으로 중심 부분이 절단되어 베를린 코트법에 의해 평가되는 것이 바람직하다. 추가로, 압전 상수의 절대값(d(2))이 평가되는 경우에는, 비구동 영역(17) 중, 구동상 전극(3, 4)이 배열된 부분 전체가 절단되어 베를린 코트법에 의해 평가되는 것이 바람직하다. 베를린 코트법에 의한 평가에서, 원리적으로 절단된 부분의 면적의 영향은 없으나, 비교를 위해 절단되는 영역 양쪽은 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
베를린 코트법에 의해 평가될 수 있는 압전 상수는 정압전 효과에 의한 d33 상수이다. 한편, 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)에서, 진동판은 역압전 효과에 의해 환형 방향, 즉, 전계와 수직인 면에서 생성되는 변형에 의해 진동된다. 따라서, 평가되는 압전 상수(d)는 역압전 효과를 사용하여 측정되는 d31 또는 d32 상수인 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 상대적으로 압전 상수의 절대값(d(1)) 및 압전 상수의 절대값(d(2))이 서로 비교될 수 있는 한 실제 사용에 있어서 문제는 없다. 따라서, 상술된 방법에 의해 d33 상수의 절대값을 평가함으로써, 압전 상수가 서로 비교될 수 있다.
본 발명의 진동파 구동 디바이스에서, 비구동 영역은 진동파 구동 디바이스의 진동을 검지하기 위한 검지 영역을 포함하고, 압전 소자는 검지 영역의 제1 면에 배열되는 검지상 전극을 더 포함하며, 검지상 전극은 급전 부재에 전기 접속되는 것이 바람직하다.
본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)의 진동판(9)에서, 환형 방향으로 진행하는 진행파가 생성된다. 한편, 진동파 모터용 스테이터(30)의 진동은 비구동 영역(17)에도 전반된다. 본 발명의 검지 영역(검지상)은 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)에 의해 생성되는 진동의 전반을 통해 비구동 영역(17)에 생성되는 진동을 검지하는 영역을 가리킨다. 검지 영역의 압전 소자(20)에는 생성되는 진동에 따라서 변형이 생성된다. 압전 소자(20)는 정압전 효과에 의해 생성된 변형량에 따라서 전압을 출력한다. 즉, 본 발명에 사용되는 압전 소자(20)의 진동 상태가 전기 신호로서 출력될 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)는 검지 영역을 포함하고, 따라서 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)의 진동 상태가 전기 신호로서 검지될 수 있다. 전기 신호는 예를 들어 후술되는 본 발명의 구동 제어 시스템의 위상 검지 회로에 입력되고, 이에 의해 본 발명의 진동파 모터(40)의 구동 제어에 사용된다.
한편, 검지 영역에는 구동 회로로부터 전력이 공급되지 않고, 따라서 검지 영역은 압전 소자가 능동적으로 신축할 수 없는 영역이다. 그러나, 압전 소자는 검지 영역에서 생성되는 변형량에 따라서 전압을 출력할 필요가 있다. 따라서, 검지 영역의 압전 소자는 신축 극성을 요구한다. 검지 영역은 비구동 영역에 환형 방향을 따라서 파장(λ)의 정수배 이외의 길이로 설치된다.
구체적으로, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)의 압전 소자(20)에서, 검지 영역은 검지상 전극(7) 및 공통 전극(2)의 2개의 전극면에 수직인 선이 압전 재료(1)와 교차하는 비구동 영역(17), 즉 검지상 전극(7)이 배열되는 영역에 설치된다. 검지 영역은, 예를 들어 도 4b에 도시된 "-"의 신축 극성을 갖고, 평균 환형 길이는 λ/4이다. 검지상 전극(7)은 비구동 영역(17)의 제1 면(도 3a에 도시된 면)의 접지 전극(5) 사이에 끼워지는 위치에 배열된다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)에서, 검지상 전극(7)은 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)에 전기 접속된다. 검지상 전극(7)에는 구동 회로로부터 전력이 공급되지 않는다. 즉, 검지 영역은 압전 소자(20)가 능동적으로 신축하는 것을 방지하는 처리가 행해진다.
검지상 전극(7)은 비구동 영역(17)의 제1 면에 형성되고, 따라서 구동상 전극(3, 4)이 급전 부재(8)에 전기 접속될 때, 이와 동시에, 검지상 전극(7)은 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)에 전기 접속될 수 있다. 검지 영역은 검지 영역이 비구동 영역에 환형 방향을 따라서 파장(λ)의 정수배 이외의 길이로 설치되는 한 임의의 위치에 설치될 수 있다. 추가로, 검지상 전극도 검지상 전극이 비구동 영역에 환형 방향을 따라서 파장(λ)의 정수배 이외의 길이로 설치되는 한 임의의 위치에 설치될 수 있다.
본 발명의 진동파 구동 디바이스에서, 제1 면에 대향하는 면을 제2 면으로 할 때, 압전 소자는 비구동 영역의 제1 면에 배열되는 접지 전극을 포함하고, 접지 전극은 제2 면의 전극에 전기 접속되고 급전 부재에 전기 접속되는 것이 바람직하다.
본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)에서, 공통 전극(2)은 접지 전위에 유지되고, 전력은 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)을 통해 구동상 전극(3, 4)에 공급된다. 따라서, 압전 소자(20)의 구동 영역(15, 16)에 전압이 인가될 수 있다. 추가로, 공통 전극(2)은 접지 전위에 유지되고, 검지 영역에서 생성되는 변형량에 따르는 전압이 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)을 통해 검지상 전극(7)으로부터 출력된다. 따라서, 압전 소자(20)의 진동 상태가 전기 신호로서 출력될 수 있다. 즉, 공통 전극(2)을 접지 전위에 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들어 후술되는 본 발명의 구동 제어 시스템에서, 공통 전극(2)은 제어 회로를 통해서 접지된다.
제어 회로를 통해 공통 전극(2)을 접지하기 위해, 공통 전극(2)을 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)에 전기 접속하는 것이 바람직하다. 한편, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용되는 압전 소자(20)에서, 공통 전극(2)은 압전 소자(20)의 제2 면에 설치되고, 구동 영역(15, 16) 및 비구동 영역(17, 18)에 걸쳐서 환형 형상으로 배열된다. 한편, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)에서, 급전 부재(8)는 압전 소자(20)의 제1 면에 설치된다.
접지 전극(5)은 압전 소자(20)의 제1 면에 설치된 급전 부재(8)의 전기 배선(8a), 및 압전 소자(20)의 제2 면에 설치된 공통 전극(2)을 전기 접속하기 위해서 설치되는 전극이다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)의 압전 소자(20)의 예에서, 2개의 접지 전극(5)은 검지상 전극(7)과 구동상 전극(3, 4) 사이에 끼워진 위치에서 비구동 영역(17)의 제1 면(도 3a에 도시된 면)에 배열된다. 추가로, 접지 전극(6)은 구동상 전극(3, 4) 사이에 끼워진 위치에서 비구동 영역(18)의 제1 면(도 3a에 나타내는 면)에 배치된다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 진동파 구동 디바이스(25)에서, 2개의 접지 전극(5)은 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)에 전기 접속된다. 접지 전극(5)이 배열되는 부분은 신축 극성을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 접지 전극(5)이 배열되는 부분이 신축 극성을 갖는 경우, 압전 소자(20)가 능동적으로 신축하는 것을 방지하는 처리가 이 부분에 행해지는 것이 필요하다는 점에 유의한다.
접지 전극(5, 6)이 배열되는 부분에 대해 압전 소자(20)가 능동적으로 신축하는 것을 방지하는 바람직한 처리의 예는, 예를 들어 도 1a에 도시된 바와 같이, 공통 전극(2)과 접지 전극(6)을 도전체로 제조된 진동판(9) 및 단락 배선(10)을 통해 전기 접속하는 처리, 급전 부재(8)의 전기 배선(8a) 및 접지 전극(5)이 서로 전기 접속되는 것을 방지하는 처리, 및 급전 부재(8)의 전기 배선(8a) 및 전극이 서로 전기 접속되는 경우에도 구동 회로로부터 전력이 공급되는 것을 방지하는 처리를 포함한다.
본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)에서, 공통 전극(2)은 도전체로 제조된 진동판(9) 및 단락 배선(10)을 통해 접지 전극(5)과 전기 접속된다. 접지 전극(5)은 비구동 영역(17)의 제1 면에 존재하고, 따라서 구동상 전극(3, 4)이 급전 부재(8)에 전기 접속될 때, 이와 동시에, 접지 전극(5)은 급전 부재(8)에 전기 접속될 수 있다. 그 결과, 공통 전극(2)은 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)에 용이하게 전기 접속될 수 있고, 공통 전극(2)이 접지 전위에 용이하게 유지될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)에서, 공통 전극(2)은 도전체로 제조되는 진동판(9) 및 단락 배선(10)을 통해 2개의 접지 전극(5)에 전기 접속되지만, 공통 전극(2)은 2개의 접지 전극(5) 중 하나에 전기 접속될 수 있다. 추가로, 공통 전극(2)은 도전체로 제조되는 진동판(9) 및 단락 배선(10)을 통해 접지 전극(6)에 전기 접속되지만, 공통 전극(2)은 접지 전극(6)에 전기 접속되지 않을 수 있다. 추가로, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 본 발명에 사용되는 압전 소자(20)에서, 2개의 접지 전극(5)은 검지상 전극(7)과 구동상 전극(3, 4) 사이에 끼워진 위치에서 비구동 영역(17)의 제1 면(도 3a에 나타내는 면) 상에 배열되지만, 접지 전극(5)의 개수는 1개 또는 3개 이상일 수 있고, 접지 전극(5)은 비구동 영역(17) 내의 임의의 위치에 배열될 수 있다. 동일한 내용이 접지 전극(6)에 적용된다. 이 경우, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)에서, 진동판(9)은 도전체로 제조되지만, 진동판(9)은 공통 전극(2) 및 접지 전극(5)이 서로 전기 접속되는 경우 절연체로 제조될 수 있다. 즉, 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)에서, 공통 전극(2)은 하나 이상의 접지 전극(5)에 전기 접속되는 것만이 요구되고, 공통 전극(2)에 전기 접속된 하나 이상의 접지 전극이 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)에 전기 접속되는 것만이 요구된다.
본 발명의 진동파 구동 디바이스에서, 급전 부재는 플렉서블 인쇄 기판인 것이 바람직하다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 본 발명의 실시예에 따르는 진동파 모터용 스테이터(30)에서, 급전 부재(8)는 비구동 영역(17)의 제1 면에만 설치된다. 플렉서블 인쇄 기판(8)(플렉서블 인쇄 기판으로 형성되는 급전 부재(8)를 의미함)은 전기 배선(8a)에 대응하는 배선 박 및 절연체(8b)에 대응하는 베이스 필름을 포함한다. 플렉서블 인쇄 기판(8)은 에폭시 접착제 등을 사용하여 접속될 수 있으나, 전기 접속 불량을 감소시키기 위해 도전성 이방성 도전 페이스트(ACP) 또는 이방성 도전 필름(ACF)이 열 압착되는 것이 바람직하다.
플렉서블 인쇄 기판(8)은 높은 치수 정밀도를 갖고, 지그 등을 사용하여 용이하게 위치결정될 수 있다. 따라서, 급전 부재(8)로서 플렉서블 인쇄 기판(8)이 사용되는 경우, 급전 부재(8)가 압전 소자(20)에 접속될 때의 위치 변동 등에 의해 발생되는 진동파 모터용 스테이터(30)의 진동 성능의 변동에 기인한 품질 저하를 방지할 수 있다.
플렉서블 인쇄 기판(8)의 접속에 열 압착이 사용되는 경우, 압전 재료(1)의 퀴리 온도 또는 탈분극 온도가 열 압착 온도와 실질적으로 동일하거나 이하가 되는 압전 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 압전 재료에서, 구동상 전극(3, 4)이 걸쳐서 배열되는 비구동 영역(17)의 부분이 신축 극성을 갖는 경우에도, 능동적인 신축을 방지하는 처리가 용이하게 행해질 수 있다.
상술된 바와 같이, 압전 재료가 압전 재료의 퀴리 온도(Tc) 이상의 온도 또는 탈분극 온도(Td) 이상의 온도에서 가열 처리되는 경우, 압전 상수는 현저하게 감소된다. 따라서, 플렉서블 인쇄 기판(8)의 접속 시의 열 압착 온도에 의해, 구동상 전극(3, 4)이 걸쳐서 배치되는 비구동 영역(17)의 부분의 압전 상수(압전 상수의 절대값(d(2)))가 감소될 수 있다. 따라서, 구동 영역의 압전 상수의 절대값(d(1)), 및 구동상 전극(3, 4)이 걸쳐서 배치되는 비구동 영역(17)의 부분의 압전 상수(압전 상수의 절대값(d(2)))의 관계가 0≤d(2)<0.1d(1)로 용이하게 설정될 수 있다.
상술된 바와 같이, 진동파 구동 디바이스로서 최적인 본 발명의 일 실시예에 따르면, 일편의 압전 재료 및 일편의 압전 재료를 사이에 끼우도록 설치된 복수의 전극을 포함하는 환형의 압전 소자로서, 파장(λ)의 진행파에 의해 진동하도록 구성되는 환형의 압전 소자, 및 환형의 압전 소자에 전력을 공급하는 전기 배선을 적어도 포함하는 플렉서블 인쇄 기판을 포함하는 급전 부재로서, 환형의 압전 소자의 제1 면에 설치되는 급전 부재를 포함하는 진동파 구동 디바이스가 제공된다. 환형의 압전 소자는 2개 이상의 구동 영역, 및 2개 이상의 구동 영역 중 2개 사이에 배열되며 nλ/4의 평균 환형 길이를 갖는 비구동 영역을 포함하고, 여기서 n은 홀수이다. 제1 면 상에 설치되는 하나 이상의 전극은 비구동 영역 및 2개 이상의 구동 영역 중 대응하는 하나에 걸쳐 배열되고, 비구동 영역에만 급전 부재가 전기 접속된다. 추가로, 다음의 관계, 0≤d(2)<0.1d(1)가 만족되며, 여기서 d(1)은 2개 이상의 구동 영역 각각의 압전 상수의 절대값을 나타내고, d(2)는 2개 이상의 구동 영역 중 대응하는 하나 및 비구동 영역에 걸쳐서 배열되는 하나 이상의 전극을 포함하는 비구동 영역의 부분의 압전 상수의 절대값이다. 추가로, 비구동 영역은 진동파 구동 디바이스의 진동을 검지하는 검지 영역을 포함하고, 진동파 구동 디바이스는 비구동 영역의 제1 면에 배열되는 검지상 전극 및 접지 전극을 더 포함하며 급전 부재에 전기 접속된다. 추가로, 접지 전극은 제2 면의 공통 전극에 전기 접속된다.
한편, 도 5의 (a), 도 5의 (b), 도 5의 (c), 및 도 5의 (d)는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르는 진동파 모터용 스테이터(30)를 도시하는 개략도이며, 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)의 비구동 영역(17) 부근을 확대하여 도시한 개략도이다.
본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)에서, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 3λ/4의 평균 환형 길이를 갖는 비구동 영역(17)은 복수의 접지 전극(5)을 포함할 수 있고, 또는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 하나의 접지 전극(5)을 포함할 수 있다. 추가로, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 3λ/4의 평균 환형 길이를 갖는 비구동 영역(17)은 λ/4의 평균 환형 길이를 갖는 검지상 전극(7)을 포함하고, 또는 평균 환형 길이는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 평균 환형 길이가 λ 이외인 한 λ/4 이외일 수 있다. 추가로, 도 5의 (c) 및 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이 λ/4의 평균 환형 길이를 갖는 비구동 영역(17)은 검지상 전극(7) 및 접지 전극(5) 모두를 포함할 수 있고, 또는 전극들은 구동 영역(15, 16) 및 비구동 영역(17)에 별도로 설치될 수 있고, 이후 복수의 전극은 접속 전극(19a, 19b)을 사용하여 별도로 접속되고 이에 의해 구동상 전극(3, 4)이 획득될 수 있다. 상술된 바와 같이, 후속하여 설치되는 전극이 환형의 일편의 압전 재료(1)의 면의 하나 이상에 직접 설치되는 부분을 갖는 한, 전극은 이전에 설치된 전극과 중첩할 수 있다. 도 5의 (c) 및 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 전극들이 구동 영역(15, 16) 및 비구동 영역(17)에 별도로 설치되고 이후 복수의 전극이 접속 전극(19a, 19b)을 사용하여 별도로 접속되어 이에 의해 구동상 전극(3,4)이 획득되는 경우, 비구동 영역(17) 중, 구동상 전극(3, 4)이 배열되는 부분은 신축 극성을 갖지 않는 것이 바람직하다는 점에 유의한다.
본 발명의 압전 재료(1)로서, 예를 들어 리드 지르코네이트 티타네이트(PZT), 바륨 티타네이트, 바륨 칼슘 티타네이트, 비스무스 소듐 티타네이트, 리드 티타네이트, 리튬 니오베이트, 포타슘 소듐 니오베이트, 및 비스무스 페라이트 등의 압전 세라믹, 및 주성분으로서 이들 세라믹 중 임의의 하나를 함유하는 압전 세라믹이 사용될 수 있다. 압전 재료(1)는 주 성분으로서 이하의 화학식(1)에 의해 표현되는 페로브스카이트형 금속 산화물을 함유하는 것이 바람직하다.
(Ba1-xCax)(Ti1-yZry)O3 (여기서 0.02≤x≤0.30, 0.020≤y≤0.095, 및 y≤x)
페로브스카이트형 금속 산화물은 이와나미 이화학 사전, 제5판(이와나미 쇼텐, 출판사, 1998년 2월 20일 발행)에 기재된 바와 같이 이상적으로는 입방정 구조인 페로브스카이트형 구조를 갖는 금속 산화물을 가리킨다. 페로브스카이트형 구조를 갖는 금속 산화물은 일반적으로 ABO3의 화학식에 의해 표현된다. 페로브스카이트형 금속 산화물에서, 원소 A 및 B는 이온의 형상으로 각각 A 사이트 및 B 사이트로 지칭되는 단위 격자의 특정 위치를 차지한다. 예를 들어, 입방정계의 단위 격자의 경우, A 원소는 입방체의 정점을 차지하고, B 원소는 입방체의 체심을 차지한다. O 원소는 산소의 음이온으로서 입방체의 면심 위치를 차지한다.
상술된 화학식(1)에 의해 표현되는 금속 산화물은 A 사이트에 위치하는 금속 원소가 Ba 및 Ca이고 B 사이트에 위치하는 금속 원소가 Ti 및 Zr인 것을 의미한다. 일부의 Ba 및 Ca가 B 사이트에 위치될 수 있다는 점에 유의한다. 마찬가지로, 일부의 Ti 및 Zr이 A 사이트에 위치될 수 있다.
화학식(1)에서 B 사이트의 원소와 O 원소 사이의 몰비는 1:3이다. 몰비가 약간 어긋나는 경우(예를 들어, 1.00:2.94 내지 1.00:3.06)에도, 금속 산화물이 주상으로서 페로브스카이트형 구조를 구비하는 경우, 본 발명의 범위 내에 포함될 수 있다.
금속 산화물이 페로브스카이트형 구조이라는 점은 예를 들어 X선 회절 또는 전자선 회절에 의한 구조 해석으로부터 판단될 수 있다.
화학식(1)에서, A 사이트에서의 Ca의 몰비를 나타내는 "x"는 0.02≤x≤0.30의 범위 내이다. "x"가 0.02보다 작은 경우, 유전 손실(tanδ)이 증가한다. 유전 손실이 증가하는 경우, 압전 소자(20)에 전압이 인가되어 구동될 때 생성되는 열이 증가하고, 구동 효율이 저하될 수 있는 우려가 있다. 한편, "x"가 0.30보다 큰 경우, 압전 특성이 충분하지 않을 수 있는 우려가 있다.
화학식(1)에서, B 사이트에서의 Zr의 몰비를 나타내는 "y"는 0.020≤y≤0.095의 범위 내이다. "y"가 0.020보다 작은 경우, 압전 특성이 충분하지 않을 수 있다. 한편, "y"가 0.095보다 큰 경우, 퀴리 온도(Tc)는 85℃ 미만이 되고, 고온에서 압전 재료(1)의 역압전 효과가 소실될 수 있는 우려가 있다.
본 발명의 퀴리 온도(Tc)는 압전 재료(1)의 강유전성이 소실되는 온도를 가리킨다. 이는 압전 재료의 강유전성이 소실되는 온도를 직접 측정하는 방법, 및 미소 교류 전계를 사용하여 압전 재료의 유전율을 측정하고 유전율이 최대를 나타내는 온도로부터 압전 재료의 강유전성이 소실되는 온도를 결정하는 방법에 의해 특정된다. 추가로, 본 발명에서, 탈분극 온도(Td)는 압전 재료(1)의 역압전 효과가 현저하게 감소되는 온도를 가리킨다. 이는 먼저, 분극 처리의 종료로부터 충분한 시간의 경과 이후 분극화된 압전 재료의 압전 상수를 실온에서 측정하고, 이어서 실온으로부터 소정의 온도(예를 들어, Td)까지 압전 재료를 가열한 후, 다시 실온에서 압전 상수를 측정하는 방법에 의해 특정된다. 본 발명에서, 탈분극 온도(Td)는 가열 후의 압전 상수가 가열 전의 압전 상수의 95% 이하가 되는 온도를 가리킨다.
화학식(1)에서, Ca의 몰비(x) 및 Zr의 몰비(y)는 y≤x의 범위 내이다. y>x인 경우, 유전 손실이 증가하고 절연성이 충분하지 않게 될 수 있다. 추가로, x 및 y의 범위가 동시에 만족되는 경우, 상전이 온도(T)가 실온 부근으로부터 구동 온도 이하로 이동될 수 있고, 압전 소자(20)가 넓은 온도 영역에서 안정적으로 구동될 수 있다.
추가로, 화학식(1)에서, A 사이트에서의 Ba 및 Ca의 몰량과 B 사이트에서의 Ti 및 Zr의 몰량의 비(A1/B1)는 1.00≤A1/B1≤1.01의 범위 내인 것이 바람직하다. A1/B1이 1.00보다 작은 경우, 이상 입성장이 용이하게 발생하고, 압전 재료(1)의 기계적 강도가 저하될 수 있다. 한편, A1/B1이 1.01보다 큰 경우, 입성장에 필요한 온도가 지나치게 높아지고, 일반적인 소성로에서는 밀도가 충분히 증가하지 않고, 압전 재료(1) 내에 다수의 세공 및 결함이 존재할 수 있다.
압전 재료(1)의 조성을 측정하는 수단은 특별히 한정되지 않는다. 수단의 예는 X선 형광 분석, ICP 발광 분광 분석, 및 원자 흡광 분석을 포함한다. 어떠한 수단에서도, 압전 재료(1)에 포함되는 원소의 중량비 및 조성비가 산출될 수 있다.
압전 재료(1)는 주 성분으로서 화학식(1)에 의해 표현되는 페로브스카이트형 금속 산화물을 함유하고, 금속 산화물은 Mn을 함유하고, Mn의 함유량은 금속 산화물 100 중량부에 대해 금속 환산으로 0.02 중량부 이상 0.40 중량부 이하인 것이 바람직하다.
금속 산화물이 상술된 범위 내의 양의 Mn을 함유하는 경우, 절연성 및 기계적 품질 계수(Qm)가 향상된다. 이 경우, 기계적 품질 계수(Qm)는 압전 소자가 진동자로서 평가될 때 진동에 의해 발생되는 탄성 소실을 나타내는 계수이고, 기계적 품질 계수의 크기는 임피던스 측정에서의 공진 곡선의 선예도로서 관찰된다. 즉, 기계적 품질 계수(Qm)는 압전 소자의 공진의 선예도를 나타내는 상수이다. 기계적 품질 계수(Qm)가 높은 경우, 공진 주파수 부근의 압전 소자의 변형량이 더욱 증가하고, 따라서 압전 소자가 효과적으로 진동될 수 있다.
절연성 및 기계적 품질 계수의 향상은 Ti 및 Zr와 상이한 원자가를 갖는 Mn에 의한 결함 쌍극자의 도입에 의해 발생되는 내부 전계의 생성으로부터 유래되는 것으로 생각된다. 내부 전계가 존재하는 경우, 압전 소자(20)의 신뢰성은 압전 소자(20)에 전압이 인가되어 구동될 때 확보될 수 있다.
이 경우, Mn의 함유량을 나타내는 금속 환산 값은 압전 재료(1)로부터 X선 형광 분석(XRF), ICP 발광 분광 분석, 원자 흡광 분석 등에 의해 측정된 Ba, Ca, Ti, Zr 및 Mn의 각 금속의 함유량으로부터, 화학식(1)에 의해 표현되는 금속 산화물을 구성하는 원소를 산화물 환산으로 변환하고, 원소들의 총중량(100으로 상정됨)에 대한 Mn 중량의 비를 산출함으로서 획득되는 값을 가리킨다.
Mn의 함유량이 0.02 중량부 미만인 경우, 압전 소자(20)의 구동에 필요한 분극 처리의 효과가 충분하지 않게 된다. 한편, Mn의 함유량이 0.40 중량부보다 많은 경우, 압전 특성이 충분하지 않고, 압전 특성에 기여하지 않는 육방정 구조를 갖는 결정이 발현하기 때문에 바람직하지 않다.
Mn은 금속 Mn에 한정되지 않고 단지 Mn 성분으로서 압전 재료에 함유되어 있으면 되고, Mn의 함유 형태는 특히 한정되지 않는다. 예를 들어, Mn은 B 사이트에 고용될 수 있고, 또는 입계에 함유될 수 있다. 대안적으로, Mn 성분은 금속, 이온, 산화물, 금속염, 착체 등의 형태로 압전 재료(1)에 함유될 수 있다. 더욱 바람직한 함유 형태는, 절연성 및 소결성의 관점으로부터, B 사이트에서의 Mn 성분의 고용체이다. Mn 성분이 B 사이트에 고용되는 경우, A2/B2의 바람직한 범위는 0.993≤A2/B2≤0.998이고, 여기서 A2/B2는 A 사이트에서의 Ba 및 Ca의 몰량과 B 사이트에서의 Ti, Zr 및 Mn의 몰량 사이의 비이다.
압전 재료(1)는 화학식(1)에 의해 표현되는 금속 산화물 및 Mn 이외의 성분(이후, "부성분"으로 지칭됨)을 압전 재료(1)의 특성이 변하지 않는 범위 내에서 함유할 수 있다. 부성분의 총량은 화학식(1)에 의해 표현되는 금속 산화물의 100 중량부에 대해 1.2 중량부 보다 적은 것이 바람직하다. 부성분의 양이 1.2 중량부를 초과하는 경우, 압전 재료(1)의 압전 특성 및 절연 성능이 저하될 수 있는 우려가 있다. 추가로, 부성분 중, Ba, Ca, Ti, Zr, 및 Mn 이외의 금속 원소의 함유량은 압전 재료(1)에 대해 산화물 환산으로 1.0 중량부 이하 또는 금속 환산으로 0.9 중량부 이하인 것이 바람직하다. 본 발명의 금속 원소는 Si, Ge, Sb 등의 반금속 원소를 포함한다. 부성분 중, Ba, Ca, Ti, Zr, 및 Mn 이외의 금속 원소의 함유량이 압전 재료(1)에 대해 산화물 환산으로 1.0 중량부 또는 금속 환산으로 0.9 중량부를 초과하는 경우, 압전 재료(1)의 압전 특성 및 절연 특성이 현저하게 감소될 수 있는 우려가 있다. 부성분 중, Li, Na, Mg, 및 Al 원소의 총량은 압전 재료(1)에 대해 금속 환산으로 0.5 중량부 이하인 것이 바람직하다. 부성분 중, Li, Na, Mg, 및 Al 원소의 총량이 압전 재료(1)에 대해 금속 환산으로 0.5 중량부를 초과하는 경우, 소결이 불충분하게 될 수 있는 우려가 있다. 부성분 중, Y 및 V 원소의 총량은 압전 재료(1)에 대해 금속 환산으로 0.2 중량부 이하인 것이 바람직하다. 부성분 중, Y 및 V 원소의 총량이 압전 재료(1)에 대해 금속 환산으로 0.2 중량부를 초과하는 경우, 분극 처리가 곤란해질 수 있는 우려가 있다.
부성분의 예는 Si 및 Cu 등의 소결 보조제를 포함한다. 추가로, Ba 및 Ca의 상업적으로 입수 가능한 원료에 불가피 성분으로서 함유되는 Sr 및 Mg가 본 발명의 압전 재료에 함유될 수 있다. 유사하게, Ti의 상업적으로 입수 가능한 원료에 불가피 성분으로서 함유되는 Nb, 및 Zr의 상업적으로 입수 가능한 원료에 불가피 성분으로서 함유되는 Hf가 본 발명의 압전 재료(1)에 함유될 수 있다.
부성분의 중량부를 측정하는 수단은 특별히 한정되지 않는다. 수단의 예는 X선 형광 분석(XRF), ICP 발광 분광 분석, 및 원자 흡광 분석을 포함한다.
이어서, 본 발명의 진동파 모터가 설명된다. 본 발명의 진동파 모터는 적어도 진동파 모터용 스테이터, 및 진동판의 진동면과 접촉하여 설치된 로터를 포함하는 특징을 갖는다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 일 실시예에 따르는 진동파 모터의 구성을 도시하는 개략도이다. 도 6a은 진동파 모터의 개략적인 평면도고, 도 6b는 도 6a의 선 C-C를 따라 취한 진동파 모터의 단면도이다.
본 실시예의 진동파 모터(40)에서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 진동파 모터용 스테이터(30)의 진동판(9)의 면에 로터인 로터(11)가 설치된다. 예를 들어, 환형의 탄성 부재로 형성되는 로터(11)가 진동판(9)의 면에 가압 접촉된다. 진동파 모터용 스테이터(30)에 진행파가 여기되는 경우, 압전 소자(20)의 반대측의 진동판(9)의 면의 각각의 지점은 일 종류의 타원 운동을 수행한다. 따라서, 로터(11)는 진동판(9)으로부터 원주 방향의 마찰력을 받아서 회전 구동된다. 회전 방향은 구동상 전극(3, 4)에 인가되는 교류 전압의 위상차의 플러스 또는 마이너스 부호를 전환하는 것에 의해 반전될 수 있다.
본 실시예의 진동파 모터(40)에서, 구동상 전극(3, 4)은 구동 영역(15, 16)뿐 아니라 비구동 영역(17)에 걸쳐 배열된다. 따라서, 구동 영역(15, 16)에 급전 부재(8)를 전기 접속 또는 물리적으로 접합할 필요가 없다. 즉, 구동 영역(15, 16)에서, 압전 소자(20)의 능동적인 신축은 급전 부재(8)에 의해 억제되지 않는다. 따라서, 급전 부재(8)에 기인한 진동파 모터(40)의 회전 성능의 저하가 방지된다. 추가로, 급전 부재(8)가 압전 소자(20)에 접속될 때의 위치 변동에 의해 발생되는 진동파 모터(40)의 회전 성능의 변동, 및 회전 방향의 변동에 기인한 품질 저하가 방지된다. 추가로, 급전 부재(8)는 종래의 진동파 구동 디바이스의 크기에 비해 소형화되어, 급전 부재(8)의 비용이 저감될 수 있다.
이어서, 본 발명의 구동 제어 시스템이 설명된다. 본 발명의 구동 제어 시스템은 적어도 본 발명의 진동파 모터 및 급전 부재에 전기 접속된 구동 회로를 포함하는 특징을 갖는다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따르는 구동 제어 시스템의 회로의 개략도이며, 본 발명의 구동 제어 시스템의 간이 제어 회로도이다.
도 7에 도시된 진동파 모터(40)의 배선(A)은 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)을 개재해서 본 발명의 진동파 모터(40)의 구동상 전극(3)에 전기 접속된다. 마찬가지로, 배선(B)은 구동상 전극(4)에 전기 접속되고, 배선(S)은 검지상 전극(7)에 전기 접속되고, 배선(G)은 급전 부재(8)의 전기 배선(8a)을 개재해서 각각 접지 전극(5)에 전기 접속된다. 배선(G)은 접지되는 점에 유의한다.
도 7에서, CPU로부터 출력된 전기 신호가 구동 회로에 입력되고, 구동 회로는 진동파 모터용 스테이터(30)의 7차 고유 진동수인 주파수를 각각 갖는 교류 전압을, 배선(A) 및 배선(B)을 개재하여 구동상 전극(3)과 구동상 전극(4)에 인가하고, 따라서 시간적 위상차는 π/2가 된다. 즉, 구동 영역(15, 16) 각각에 π/2만큼 위상이 어긋난 전력이 입력되고, 이에 의해 진동파 모터용 스테이터(30)에 진행파를 여기시킨다. 이때, 배선(B)을 개재하여 구동상 전극(4)에 입력되는 교류 전압은 또한 강압 회로를 통해 위상 검지 회로에 동시에 입력된다. 한편, 검지 영역의 진동에 따라서 검지상 전극(7)으로부터 배선(S)으로 출력되는 교류 전압도 강압 회로를 통해 위상 검지 회로에 입력된다. 위상 검지 회로에 입력되는 이들 2개의 교류 전압은 위상 검지 회로 내의 위상 비교기에 의해 처리되고, 2개의 교류 전압 사이의 위상차에 대응하는 따른 전기 신호가 CPU에 출력된다. 본 발명의 위상 비교기는 2개의 교류 전압의 위상을 비교하고, 그 사이의 위상차에 대응하는 위상 정보를 전기 신호로서 출력하도록 구성되는 회로이다.
추가로, 이와 동시에 진동파 모터용 스테이터(30)에서 여기된 진행파에 의해 진동파 모터(40)가 회전하는 경우, 진동파 모터(40)의 회전수를 광학적으로 측정하는 인코더로부터 출력되는 전기 신호가 CPU에 출력된다. CPU는 미리 설정된 로직에 기초하여, 위상 검지 회로 및 인코더로부터의 전기 신호 및 구동 명령 신호(미도시)를 연산하고, 필요한 전기 신호를 구동 회로에 다시 출력한다. 본 발명의 구동 제어 시스템은 이러한 피드백 제어를 수행할 수 있고, CPU에 의해 구동 회로에 출력되는 전기 신호를 순차적으로 결정할 수 있고, 이에 의해 진동파 모터(40)의 회전 속도 및 회전 방향을 제어할 수 있다.
이어서, 본 발명의 광학 장치가 설명된다. 본 발명의 광학 장치는 본 발명에 따르는 구동 제어 시스템을 구동부 내에 포함하는 특징을 갖는다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 광학 장치로서 기능하는, 본 발명의 촬상 디바이스의 예시적인 실시예인 일안 리플렉스 카메라의 교환 가능한 렌즈 경통의 주 단면도이다. 추가로, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따르는 광학 장치로서 기능하는, 본 발명의 촬상 디바이스의 예시적인 실시예인 일안 리플렉스 카메라의 교환 가능한 렌즈 경통의 분해 사시도이다. 고정 경통(712), 선형 안내 경통(713), 및 전방 렌즈군 경통(714)은 카메라로부터 착탈 가능한 마운트(711)에 고정된다. 이들 부재는 교환 가능한 렌즈 경통의 고정 부재이다.
초점 렌즈(702)를 안내하기 위해 광축 방향으로 연장하는 선형 안내 홈(713a)이 선형 안내 경통(713)에 형성된다. 외부 반경 방향으로 돌출하는 캠 롤러(717a, 717b)는 샤프트 스크류(718)에 의해 초점 렌즈(702)를 유지하는 후방 렌즈군 경통(716)에 고정된다. 캠 롤러(717a)가 선형 안내 홈(713a)에 끼워진다.
캠 링(715)이 선형 안내 경통(713)의 내주연부에 회전식으로 끼워진다. 선형 안내 경통(713)과 캠 링(715) 사이의 광축 방향의 상대 이동은, 캠 링(715)에 고정된 롤러(719)가 선형 안내 경통(713)의 원주 홈(713b)에 끼워지기 때문에 규제된다. 초점 렌즈(702)용 캠 홈(715a)이 캠 링(715)에 형성된다. 캠 롤러(717b)가 캠 홈(715a)에 동시에 끼워진다.
고정 경통(712)의 외주연 측에는 회전 전달 링(720)이 배열된다. 회전 전달 링(720)은 고정 경통(712)에 대해 소정의 위치에서의 회전이 가능하도록 볼 레이스(727)에 의해 유지된다. 롤러(722)는 회전 전달 링(720)으로부터 반경방향으로 연장하는 샤프트(720f)에 의해 회전 전달 링(720)에 대해 회전식으로 유지되고, 롤러(722)의 대경부(722a)는 수동 초점 링(724)의 마운트측 단부면(724b)과의 접촉 상태가 유지된다. 추가로, 롤러(722)의 소경부(722b)는 접합 부재(729)와의 접촉 상태가 유지된다. 등간격의 6개의 롤러(722)가 회전 전달 링(720)의 외주연부에 배열되고 각각의 롤러는 상술된 관계를 갖도록 구성된다.
수동 초점 링(724)의 내경부에는 저마찰 시트(와셔 부재)(733)가 배치된다. 저마찰 시트(733)는 고정 경통(712)의 마운트측 단부면(712a)과 수동 초점 링(724)의 전방측 단부면(724a) 사이에 개재된다. 추가로, 저마찰 시트(733)의 외경면은 링 형상을 갖고 수동 초점 링(724)의 내경부(724c)에 끼워진다. 수동 초점 링(724)의 내경부(724c)는 추가로 고정 경통(712)의 외경부(712b)에 끼워진다. 저마찰 시트(733)는 수동 초점 링(724)이 고정 경통(712)에 대해 광축을 중심으로 상대 회전되는 회전 링 기구에서의 마찰을 감소시키는 기능을 갖는다.
롤러(722)의 대경부(722a) 및 수동 초점 링(724)의 마운트 측단부면(724b)은 진동파 모터(725)를 렌즈의 전방측을 향해 가압하는 파형 와셔(726)에 의해 가압되는 압력 하에서 서로에 대한 접촉 상태가 유지되는 점에 유의한다. 마찬가지로, 진동파 모터(725)를 렌즈의 전방측을 향해 가압하는 파형 와셔(726)로부터의 힘으로 인해 롤러(722)의 소경부(722b) 및 접합 부재(729)도 적당한 정도의 압력 하에서 서로에 대한 접촉 상태가 유지된다. 파형 와셔(726)는 고정 경통(712)에 삽입(bayonet)-결합된 와셔(732)에 의해 마운트 방향으로의 이동이 규제된다. 파형 와셔(726)에 의해 생성되는 스프링력(가압력)은 진동파 모터(725) 및 롤러(722)에 전달되어 고정 경통(712)의 마운트측 단부면(712a)에 대한 수동 초점 링(724)의 추력으로서 기능한다. 즉, 수동 초점 링(724)은 저마찰 시트(733)를 통해 고정 경통(712)의 마운트측 단부면(712a)에 대해 가압된 상태로 조립된다.
따라서, 도 7에 도시된 제어 CPU에 의해 진동파 모터(725)가 고정 경통(712)에 대해 회전식으로 구동되는 경우, 접합 부재(729)가 롤러(722)의 소경부(722b)와 마찰 접촉하게 되기 때문에, 롤러(722)가 샤프트(720f)의 중심 주위로 회전한다. 롤러(722)가 샤프트(720f) 주위로 회전할 때, 결과로서 회전 전달 링(720)이 광축 주위로 회전한다(자동 초점 동작).
추가로, 광축 주위의 회전력이 매뉴얼 조작 입력부(미도시)로부터 수동 초점 링(724)에 인가되는 경우, 수동 초점 링(724)의 마운트측 단부면(724b)이 롤러(722)의 대경부(722a)와 가압 접촉하게 되기 때문에 마찰력으로 인해 롤러(722)가 샤프트(720f) 주위로 회전한다. 롤러(722)의 대경부(722a)가 샤프트(720f) 주위로 회전하는 경우, 회전 전달 링(720)이 광축 주위로 회전한다. 이때, 진동파 모터(725)는 로터(725c) 및 진동판(725b)의 마찰 유지력으로 인해 회전이 방지된다(수동 초점 동작).
2개의 초점 키(728)가 서로 대향하는 위치에서 회전 전달 링(720)에 장착되고 캠 링(715)의 선단에 설치된 노치(715b)에 끼워진다. 따라서, 자동 초점 동작 또는 수동 초점 동작이 수행되어 회전 전달 링(720)이 광축 주위로 회전되는 경우, 회전력이 초점 키(728)를 개재하여 캠 링(715)에 전달된다. 캠 링이 광축 주위로 회전되는 경우, 캠 롤러(717a) 및 선형 안내 홈(713a)으로 인해 회전이 규제되는 후방 렌즈군 경통(716)은 캠 롤러(717b)에 의해 캠 링(715)의 캠 홈(715a)을 따라서 전후로 이동한다. 이에 의해, 초점 렌즈(702)가 구동되어 초점 동작이 수행된다.
일안 리플렉스 카메라의 교환 가능한 렌즈 경통이 본 발명의 광학 장치의 예로서 설명되었으나, 본 발명은 콤팩트 카메라 및 전자 스틸 카메라 등의 카메라의 유형에 관계없이 구동부 내에 진동파 모터를 포함하거나 구동 제어 시스템을 포함하는 광학 장치에 적용 가능하다.
이어서, 진동파 모터용 스테이터의 제조 방법이 설명된다.
본 발명의 진동파 구동 디바이스의 제조 방법은 구동 영역 각각의 제1 면에 분극용 전극을 설치하고 비구동 영역의 제1 면에 구동상 전력 공급 전극을 설치하고, 제2 면에 공통 전극을 설치하는 단계(A), 분극용 전극에 전압을 인가하여 압전 재료를 분극 처리하는 단계(B), 분극용 전극 및 구동상 전력 공급 전극에 걸쳐 접속 전극을 설치하는 단계(C), 및 구동상 전력 공급 전극 및 급전 부재를 비구동 영역에서만 서로 전기 접속하는 단계(D)를 포함하는 특징을 갖는다.
먼저, 본 발명에 사용된 압전 소자에 사용되는 압전 재료의 제조 방법이 설명된다.
원하는 조성을 갖도록 조정된 원료 분말에, 필요에 따라 분산제, 바인더, 가소제 등 및 물 또는 유기 용매가 첨가되어 혼합된다. 이에 따른 혼합물은 고밀도의 소결체를 형성하는데 필요한 압력 하에서 가압되어 성형체가 제조된다. 프레스 성형만에 의해 필요한 압력이 획득되지 않는 경우, 원하는 압력을 부여하기 위해 냉간 정수압 프레스(CIP)가 수행될 수 있다. 추가로, 프레스 성형없이, CIP 등이 처음부터 채용되어 성형체 잉곳이 제조될 수 있다. 추가로, 닥터 블레이드법, 다이 코트법, 등에 의해 필름 등의 지지체 상에 슬러리가 소정 두께로 코팅될 수 있고, 건조되어 그린 시트 성형체가 제조될 수 있다.
이어서, 성형체가 소성되어 소결된 세라믹 형태의 압전 재료가 제조된다. 소성 조건은 원하는 압전 재료에 기초하여 적절하게 선택될 수 있다. 밀도는 가능한 높으며, 균일한 크기를 달성하는 입성장이 수행되는 것이 바람직하다. 필요한 경우, 소성 이전에 성형체는 원하는 형상으로 가공될 수 있다는 점에 유의한다.
도 10a, 도 10b, 도 10c, 도 10d, 및 도 10e는 본 발명의 진동파 모터용 스테이터의 제조 방법의 예를 도시하는 개략적인 공정도이다.
도 10a는 가공된 압전 재료를 이의 일면으로부터 관측한 개략적인 평면도이다. 도 10b는 분극용 전극, 구동상 전력 공급 전극, 접지 전극, 및 검지상 전극이 압전 재료의 일면에 제조된 이후 획득되는 압전 소자의 개략적인 평면도이다. 도 10c은 구동상 전극이 제조된 후 획득되는 압전 소자의 개략적인 평면도이다. 도 10d는 급전 부재가 접속된 이후 진동파 구동 디바이스의 개략적인 평면도이다. 도 10e는 진동파 모터용 스테이터의 개략적인 평면도이다.
이제, 진동파 구동 디바이스의 제조 방법이 설명된다.
먼저, 구동 영역 각각의 제1 면에 분극용 전극을 설치하고, 비구동 영역의 제1 면에 구동상 전력 공급 전극을 설치하고, 제2 면에 공통 전극을 설치하는 단계(A)가 수행된다.
상술된 바와 같이 제조된 소결된 세라믹 압전 재료(1)는 원하는 치수로 연삭되어, 도 10a에 도시된 바와 같은 환형의 일편의 압전 재료(1)가 제조된다. 이후, 도 10b에 도시된 바와 같이, 도전성 페이스트에 대응하는 은 페이스트의 소성 또는 건조, Au 스퍼터링, Au 도금 등에 의해, 압전 재료(1)의 면 중 하나의 면에 분극용 전극(33) 및 구동상 전력 공급 전극(34)이 형성되고, 압전 재료(1)의 반대 전체면에 걸쳐 공통 전극(2)이 형성되어 압전 소자(20)가 획득된다.
이때, 진동 여기 효율의 관점에서, 분극용 전극(33) 각각은 압전 재료의 면에 대해 가능한 넓게 형성되는 것이 바람직하다. 전극들 사이의 거리는 분극 도중 전극들 사이의 방전을 방지할 수 있는 범위 내에서 가능한 짧은 것이 바람직하다. 전극의 두께는 전극의 저항값이 1Ω 미만인 한 얇은 것이 바람직하다.
이어서, 분극용 전극에 전압을 인가하여 압전 재료를 분극 처리하는 단계(B)가 수행된다. 분극 처리는 압전 소자(20)가 도 4a에 도시된 신축 극성을 달성하도록 수행된다. 인접한 전극마다 전계 방향이 역전되는 소정의 전계를 인가함으로써 분극 처리가 수행되는 경우, 동일한 방향의 전계에 대한 신축 극성은 λ/2의 피치마다 교호식으로 역전된다. 분극 처리 온도는 퀴리 온도(Tc) 또는 탈분극 온도(Td) 이하인 것이 바람직하다. 분극 처리 온도가 퀴리 온도(Tc) 또는 탈분극 온도(Td) 이상인 경우에도, 온도가 퀴리 온도(Tc) 또는 탈분극 온도(Td)보다 낮을 때까지 전계를 인가하면 충분하다는 점에 유의한다. 처리 시간은 5분 내지 10시간이 바람직하다. 처리 분위기는 공기 또는 실리콘 오일 등의 불연성 오일이 바람직하다. 처리 전압으로서 0.5kV/mm 내지 5.0kV/mm의 전계가 인가된다.
본 발명의 일 예시적인 실시예에 따르는 제조 방법으로서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 비구동 영역(17, 18)에 대해서도 부분적으로 신축 극성을 갖도록 분극 처리가 행해지는 것이 바람직하다. 그러나, 전체의 비구동 영역(17, 18)에 대해 분극 처리가 행해지지 않을 수 있고, 반대로, 구동상 전력 공급 전극(34)에 대해 분극 처리가 행해질 수 있다. 추가로, 분극 처리는 진동판(9)의 접합 이전에 수행되는 것이 바람직하지만, 분극 처리는 접합 이후 수행될 수 있다.
이어서, 분극용 전극 및 구동상 전력 공급 전극에 걸쳐 접속 전극을 설치하는 단계(C)가 수행된다.
분극 처리가 행해진 압전 소자(20)에 대해, 도 10c에 도시된 바와 같이, 도전성 페이스트에 대응하는 은 페이스트의 소성 또는 건조, Au 스퍼터링, Au 도금 등에 의해 접속 전극(19a, 19b)이 설치된다. 분극용 전극(33) 및 구동상 전력 공급 전극(34)이 서로 접속되어 구동상 전극(3, 4)이 제조된다. 접속 전극(19a, 19b)은 분극용 전극(33) 및 구동상 전력 공급 전극(34)과 동일한 재질인 것이 바람직하지만, 상이할 수 있다. 추가로, 분극용 전극(33) 및 구동상 전력 공급 전극(34)은 은 페이스트의 소성에 의해 제조되는 반면, 접속 전극은 은 페이스트의 건조에 의해 형성되도록, 동일한 재질을 사용하면서 제조 방법이 상이할 수 있다. 접속 전극(19a, 19b)은 도 10c에 도시된 바와 같이 각각 하나의 전극일 수 있고, 또는 인접한 분극용 전극(33)을 서로 별도로 연결하거나, 인접한 분극용 전극(33) 및 구동상 전력 공급 전극(34)을 서로 별도로 연결하는 각각 복수의 전극일 수 있다. 접속 전극(19a, 19b)의 두께는 전극의 저항값이 1Ω 미만이도록 가능한 얇은 것이 바람직하다. 추가로, 접속 전극(19a, 19)을 설치하고 분극용 전극(33) 및 구동상 전력 공급 전극(34)을 서로 연결하여, 이에 의해 구동상 전극(3, 4)을 제조하는 단계가 진동판(9)의 접합 이전 또는 이후에 수행될 수 있다.
이어서, 구동상 전력 공급 전극 및 급전 부재를 비구동 영역에서만 서로 전기 접속하는 단계(D)가 수행된다.
도 10d에 도시된 바와 같이, 급전 부재(8)가 압전 소자(20)에 접속된다. 급전 부재(8)로서, 높은 치수 정밀도를 갖고 지그 등을 사용하여 용이하게 위치설정될 수 있는 플렉서블 인쇄 기판(8)을 사용하는 것이 바람직하다. 플렉서블 인쇄 기판(8)은 에폭시 접착제 등을 사용하여 접속될 수 있으나, 전기 접속 불량을 감소하고 양산성의 관점에서 도전성 이방성 도전 페이스트(ACP) 또는 이방성 도전 필름(ACF)이 열 압착되는 것이 바람직하다. 추가로, 급전 부재(8)를 접속하는 단계는 진동판(9)의 접합 이전 또는 이후에 수행될 수 있다.
한편, 검지 영역은 신축 극성을 요구하지만, 압전 재료의 퀴리 온도(Tc) 또는 탈분극 온도(Td) 이상의 온도에서 열 압착이 수행되는 경우, 검지 영역의 압전 상수는 현저하게 감소된다. 그러나, 검지상 전극(7)로부터 출력되는 교류 전압은 반드시 클 필요는 없다. 검지상 전극(7)로부터 출력되는 교류 전압이 작은 경우, 도 7에 도시된 강압 회로(도 7에서 배선(S)와 접속된 강압 회로)의 구성이 더욱 단순해질 수 있고, 또는 강압 회로가 생략될 수 있다. 그러나, 적어도 도 7의 위상 비교기가 신호를 검지할 수 있는 범위 이상의 압전 상수가 요구된다.
한편, 검지 영역의 압전 상수의 절대값이 0인 경우에도, 검지 영역이 신축 극성을 갖도록 검지 영역은 재분극 처리가 행해질 수 있다. 재분극 처리의 조건은 분극 조건보다, 낮은 전계, 낮은 온도, 및 짧은 시간일 수 있다. 검지 영역의 압전 재료(1)에 신축 극성이 발생하고 신호가 도 7의 위상 비교기에 의해 검지되는 것만이 요구된다. 열 압착을 통해 급전 부재 접속 이후 재분극 처리를 수행하는 단계는 진동판(9)의 부착 이전 또는 이후에 수행될 수 있다.
이어서, 진동파 모터용 스테이터의 제조 방법이 설명된다.
상술된 바와 같이 제조된 진동파 구동 디바이스(25)에 진동판(9)이 접합된 이후, 도 10e에 도시된 바와 같이, 단락 배선(10)에 의해 접지 전극(5, 6) 및 진동판(9)이 전기적으로 단락된다. 단락 배선(10)으로서, 도전 페이스트에 대응하는 건조된 은 페이스트가 사용될 수 있다. 건조 온도는 압전 재료(1)의 퀴리 온도(Tc) 또는 탈분극 온도(Td) 미만인 것이 바람직하다. 건조 온도가 압전 재료(1)의 Tc 또는 Td 이상인 경우, 구동 영역의 압전 상수의 절대값(d(1))이 감소될 수 있는 우려가 있다.
상술된 바와 같은 일련의 제조 단계를 통해, 본 발명의 진동파 모터용 스테이터(30)가 획득된다. 이어서, 로터(11)로서, 진동파 모터용 스테이터(30)와 유사한 내경 및 외경을 갖는 환형의 탄성 부재가 진동파 모터용 스테이터(30)와 가압 접촉하게 되고, 이에 의해 진동파 모터(40)가 획득된다. 마지막으로, 위상 비교기를 포함하는 구동 제어 회로가 급전 부재(8)에 접속되고, 이에 의해 진동파 모터용 구동 제어 시스템이 제조된다.
본 발명의 진동파 구동 디바이스, 진동파 모터용 스테이터, 진동파 모터, 및 구동 제어 시스템 각각의 예시적인 제조 방법이 상술되었으나, 본 발명의 진동파 구동 디바이스, 진동파 모터용 스테이터, 진동파 모터, 및 구동 제어 시스템은 광학 장치가 구체화되는 한 상기 설명과 상이한 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 구동상 전력 공급 전극(34)에 대해 미리 분극 처리가 행해질 수 있고, 구동상 전극(3, 4)이 배열되는 압전 소자(20)의 비구동 영역(17)의 부분의 압전 상수(절대값(d(2))는 플렉서블 인쇄 기판(8)의 접속을 위한 열 압착 온도에 의해 감소될 수 있다. 추가로, 구동상 전력 공급 전극(34) 형성없이, 분극용 전극(33) 연결시, 구동상 전극(3, 4)을 제조하도록 접속 전극(19a, 19b)이 비구동 영역(17)까지 확장될 수 있다.
예
이어서, 본 발명의 진동파 모터 및 진동파 모터 제어 시스템은 예에 의해 구체적으로 설명되지만, 본 발명은 이하의 예로 한정되지 않는다. 예는 도면을 참조하여 도면 내의 참조 번호를 사용하여 설명되는 점에 유의한다.
(예 1)
압전 재료(1)로서, 상업적으로 입수 가능한 리드 지르코네이트 티타네이트(PZT)가 사용되어 도 10a에 도시된 환형의 압전 재료(1)가 제조된다. 리드 지르코네이트 티타네이트(PZT)의 퀴리 온도는 310℃이다.
이어서, 은 페이스트의 스크린 인쇄를 통해, 도 3c에 도시된 바와 같이 공통 전극(2)이 환형의 압전 재료(1)의 일면에 형성되고, 도 10b에 도시된 바와 같이, 분극용 전극(33), 구동상 전력 공급 전극(34), 접지 전극(5, 6) 및 검지상 전극(7)이 환형의 압전 재료(1)의 다른 면에 형성된다. 이때, 도 10b에 도시된 인접한 전극의 전극간 거리는 0.5mm로 설정된다.
이어서, 공통 전극(2)과, 분극용 전극(33), 접지 전극(5, 6) 및 검지상 전극(7) 사이에, 압전 소자의 신축 극성이 도 4b에 도시된 바와 같이 되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리가 수행된다. 전압의 크기는 0.6kV/mm의 전계가 인가되도록 설정되고, 온도 및 전압 인가 시간은 각각 220℃ 및 30분으로 설정된다.
이어서, 도 10c에 도시된 바와 같이, 분극용 전극(33) 및 구동상 전력 공급 전극(34)을 서로 연결하기 위해, 접속 전극(19a, 19b)이 은 페이스트에 의해 형성되어 압전 소자(20)가 획득된다. 은 페이스트는 압전 재료(1)의 퀴리 온도보다 충분히 낮은 온도에서 건조된다. 그리고, 구동상 전극(3)의 저항값이 회로계(전기 테스터)에 의해 측정된다. 테스터의 일단부는 구동상 전력 공급 전극(34)과 접촉하게 되고, 타단부는 환형의 원주 방향에서 구동상 전력 공급 전극(34)으로부터 가장 멀리 이격된 구동상 전극(3)의 분극용 전극(33)과 접촉하게 된다. 그 결과, 전극의 저항값은 0.6Ω이다.
이어서, 도 10d에 도시된 바와 같이, 플렉서블 인쇄 기판(8)이 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 180℃에서 압전 소자(20)에 열 압착되고, 이에 의해 진동파 구동 디바이스(25)가 제조된다. 플렉서블 인쇄 기판(8)이 열 압착되는 영역 및 플렉서블 인쇄 기판(8)이 압전 소자(20)에 물리적으로 접합되는 영역은 비구동 영역(17)의 범위 내이다. 추가로, 플렉서블 인쇄 기판(8)의 전기 배선(8a)이 구동상 전극(3, 4), 2개의 접지 전극(5), 및 검지상 전극(7)에 전기 접속되는 영역도 비구동 영역(17)의 범위 내이다.
이어서, 도 10e에 도시된 바와 같이, 진동파 구동 디바이스(25)가 SUS 제의 진동판(9)에 열 압착되고, 진동판(9) 및 모든 접지 전극(5, 6)은 은 페이스트로 제조되는 단락 배선(10)을 사용하여 접속되고, 이에 의해 진동파 모터용 스테이터(30)가 제조된다. 진동판의 열 압착 및 은 페이스트의 건조는 압전 재료(1)의 퀴리 온도보다 충분히 낮은 온도에서 수행된다.
로터(11)는 상술된 바와 같이 제조된 진동파 모터용 스테이터(30)와 가압 접촉되고, 이에 의해 예 1의 진동파 모터(40)가 제조된다. 추가로, 플렉서블 인쇄 기판(8)이 구동 제어 회로에 접속되고, 이에 의해 예 1의 진동파 모터 제어 시스템이 제조된다.
(예 2)
압전 재료(1)로서, 예 1과 마찬가지로, 리드 지르코네이트 티타네이트(PZT)가 사용되어 환형의 압전 재료(1)가 제조된다.
이어서, 은 페이스트의 스크린 인쇄를 통해, 공통 전극(2)이 환형의 압전 재료(1)의 일면에 형성되고, 분극용 전극(33), 접지 전극(5, 6) 및 검지상 전극(7)이 환형의 압전 재료(1)의 다른 면에 형성된다. 예 1에서 설치된 구동상 전력 공급 전극(34)은 설치되지 않는다.
이어서, 예 1과 마찬가지로, 공통 전극(2)과, 분극용 전극(33), 접지 전극(5, 6) 및 검지상 전극(7) 사이에, 압전 소자의 신축 극성이 도 4b에 도시된 바와 같이 되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리가 수행된다.
이어서, 분극용 전극(33)을 연결하기 위해, 접속 전극(19a, 19b)이 은 페이스트에 의해 형성되어 압전 소자(20)가 획득된다. 분극용 전극(33)을 연결하는 접속 전극(19a, 19b)은 접지 전극(5)에 대한 거리가 약 1.0mm이도록 비구동 영역(17)까지 확장되도록 설치되고, 분극용 전극(33)과 조합되어 구동상 전극(3, 4)이 획득된다. 그리고, 구동상 전극(3)의 저항값이 회로계(전기 테스터)에 의해 측정된다. 테스터의 일단부는 비구동 영역(17) 내의 접속 전극(19a)의 영역과 접촉하게 되고, 타단부는 환형의 원주 방향에서 비구동 영역(17) 내의 접속 전극(19a)의 영역으로부터 가장 멀리 이격된 구동상 전극(3)의 분극용 전극(33)과 접촉하게 된다. 그 결과, 전극의 저항값은 0.5Ω이다.
이어서, 예 1과 마찬가지로, 플렉서블 인쇄 기판(8)이 압전 소자(20)에 열 압착되고, 이에 의해 진동파 구동 디바이스(25)가 제조된다. 열 압착은 이방성 도전 페이스트(ACP)를 사용하여 160℃에서 수행된다. 플렉서블 인쇄 기판(8)이 열 압착되는 영역 및 플렉서블 인쇄 기판(8)이 압전 소자(20)에 물리적으로 접합되는 영역은 비구동 영역(17)의 범위 내이다. 추가로, 플렉서블 인쇄 기판(8)의 전기 배선(8a)이 구동상 전극(3, 4), 2개의 접지 전극(5) 및 검지상 전극(7)에 전기 접속되는 영역도 비구동 영역(17)의 범위 내이다.
이어서, 예 1과 마찬가지로, 진동파 구동 디바이스(25)가 SUS 제의 진동판(9)에 열 압착되고, 진동판(9) 및 모든 접지 전극(5, 6)은 은 페이스트로 제조되는 단락 배선(10)과 접속되고, 이에 의해 진동파 모터용 스테이터(30)가 제조된다. 진동판의 열 압착 및 은 페이스트의 건조는 압전 재료(1)의 퀴리 온도보다 충분히 낮은 온도에서 수행된다.
로터(11)는 상술된 바와 같이 제조된 진동파 모터용 스테이터(30)와 가압 접촉되고, 이에 의해 예 2의 진동파 모터(40)가 제조된다. 추가로, 플렉서블 인쇄 기판(8)이 구동 제어 회로에 접속되고, 이에 의해 예 2의 진동파 모터 제어 시스템이 제조된다.
(예 3)
압전 재료(1)로서, 이하의 재료가 사용되어 환형의 압전 재료(1)가 제조된다.
먼저, 원료로서, 100nm의 평균 입경을 갖는 바륨 티타네이트(SAKAI CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD.에 의해 제조됨:BT-01(상품명)), 300nm의 평균 입경을 갖는 칼슘 티타네이트(SAKAI CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD.에 의해 제조됨:CT-03(상품명)), 및 300nm의 평균 입경을 갖는 칼슘 지르코네이트(SAKAI CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD.에 의해 제조됨:CZ-03(상품명))이 81.3:12.7:6.0의 몰비로 칭량된다.
이어서, 이들 칭량분은 볼 밀을 사용하여 24시간 동안 건식 혼합된다. 획득된 혼합분을 조립화하기 위해, 혼합분에 대해 망간 금속 환산으로 0.26 중량부의 망간(II) 아세테이트 및 혼합분에 대해 PVA 바인더의 3 중량부가 스프레이 건조기 장치를 사용하여 혼합분의 표면에 부착된다.
이어서, 획득된 조립분이 몰드에 충전되고, 프레스기를 사용하여 200MPa의 성형압 하에서 가압되어 디스크 형상의 성형체가 제조된다. 이 성형체는 냉간 정수압 프레스기를 사용하여 추가로 가압될 수 있다.
획득된 성형체가 전기로에 넣어지고, 1380℃의 최고 온도에서 5시간 동안 유지된다. 따라서, 성형체는 전체 24시간 동안 대기 분위기에서 소결된다.
이어서, 소결된 압전 재료(1)는 환형 형상으로 연삭된다. 은 페이스트의 스크린 인쇄를 통해, 도 3c에 도시된 바와 같이 공통 전극(2)이 획득된 환형의 압전 재료(1)의 일면에 형성되고, 도 10b에 도시된 바와 같이 분극용 전극(33), 구동상 전력 공급 전극(34), 접지 전극(5, 6), 및 검지상 전극(7)이 다른 면에 형성된다. 이때, 도 10b에 도시된 인접한 전극의 전극간 거리는 0.5mm로 설정된다.
이어서, 공통 전극(2)과, 분극용 전극(33), 접지 전극(5, 6) 및 검지상 전극(7) 사이에서, 압전 소자의 신축 극성이 도 4b에 도시된 바와 같이 되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리가 수행된다. 전압의 크기는 1.0kV/mm의 전계가 인가되도록 설정되고, 온도 및 전압 인가 시간은 각각 100℃ 및 180분으로 설정된다. 추가로, 전압은 온도가 50℃로 감소될 때까지 인가된다.
이어서, 도 10c에 도시된 바와 같이, 분극용 전극(33) 및 구동상 전력 공급 전극(34)을 서로 연결하기 위해, 접속 전극(19a, 19b)이 은 페이스트로 형성되어 압전 소자(20)가 획득된다. 은 페이스트는 압전 재료(1)의 퀴리 온도보다 충분히 낮은 온도에서 건조된다. 여기서, 구동상 전극(3)의 저항값이 회로계(전기 테스터)에 의해 측정된다. 테스터의 일단부는 구동상 전력 공급 전극(34)과 접촉하게 되고, 타단부는 환형의 원주 방향에서 구동상 전력 공급 전력(34)으로부터 가장 멀리 이격된 구동상 전극(3)의 분극용 전극(33)과 접촉하게 된다. 그 결과, 전극의 저항값은 0.6Ω이다.
이어서, 도 10d에 도시된 바와 같이, 플렉서블 인쇄 기판(8)이 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 180℃에서 압전 소자(20)에 열 압착되고, 이에 의해 진동파 구동 디바이스(25)가 제조된다. 플렉서블 인쇄 기판(8)이 열 압착되는 영역 및 플렉서블 인쇄 기판(8)이 압전 소자(20)에 물리적으로 접합되는 영역은 비구동 영역(17)의 범위 내이다. 추가로, 플렉서블 인쇄 기판(8)의 전기 배선(8a)이 구동상 전극(3, 4), 2개의 접지 전극(5), 및 검지상 전극(7)에 전기 접속되는 영역도 비구동 영역(17)의 범위 내이다.
이어서, 플렉서블 인쇄 기판(8)의 전기 배선(8a)(도 10d에 도시된 전기 배선(8a)의 5개의 배선 중 중앙 배선)을 통해, 검지상 전극(7)에만 재분극 처리가 행해진다. 재분극 처리의 전압의 크기는 0.5kV/mm의 전계가 인가되도록 설정되고, 온도 및 전압 인가 시간은 각각 실온 및 10분으로 설정된다. 전압은 신축 극성이 "-"이 되도록 인가된다.
이어서, 도 10e에 도시된 바와 같이, 진동파 구동 디바이스(25)가 SUS 제의 진동판(9)에 열 압착되고, 진동판(9) 및 모든 접지 전극(5, 6)은 은 페이스트로 제조되는 단락 배선(10)을 사용하여 접속되고, 이에 의해 진동파 모터용 스테이터(30)가 제조된다. 진동판의 열 압착 및 은 페이스트의 건조는 압전 재료(1)의 퀴리 온도보다 충분히 낮은 온도에서 수행된다.
로터(11)는 상술된 바와 같이 제조된 진동파 모터용 스테이터(30)와 가압 접촉되고, 이에 의해 예 3의 진동파 모터(40)가 제조된다. 추가로, 플렉서블 인쇄 기판(8)이 구동 제어 회로에 접속되고, 이에 의해 예 3의 진동파 모터 제어 시스템이 제조된다.
(예 4)
예 4의 진동파 모터(40)는, 플렉서블 인쇄 기판(8)이 이상성 도전 페이스트(ACP)를 사용하여 검지 영역의 온도가 105℃ 이상이 되게 증가되지 않도록 압전 소자(20)에 열 압착되고, 재분극 처리가 수행되지 않는 점을 제외하면 예 3과 유사한 방법에 의해 제조된다. 추가로, 플렉서블 인쇄 기판(8)이 구동 제어 회로에 접속되고, 이에 의해 예 4의 진동파 모터 제어 시스템이 제조된다.
(예 5)
압전 재료(1)는 원하는 조성비를 갖는 페로브스카이트형 소결체((K,Na)(Nb,Ta)O3)가 획득되도록 혼합된 K2CO3, Na2CO3, Nb2O5, 및 Ta2O5의 원료로부터 형성된다. 다른 공정은 예 3과 유사하다. 이 방법에 의해, 예 5의 진동파 모터(40)가 제조되고, 추가로 플렉서블 인쇄 기판(8)이 구동 제어 회로에 접속되어 예 5의 진동파 모터 제어 시스템이 제조된다. 소성 조건은 공기 분위기에서 1300℃, 3시간으로 설정된다. 분극 처리는 공기 중에서 수행된다. 전압의 크기는 4.0kV/mm의 전계가 인가되도록 설정되고, 온도 및 전압 인가 시간은 각각 150℃ 및 300분으로 설정된다. 재분극 처리를 위한 전압의 크기는 0.5kV/mm의 전계가 인가되도록 설정되고, 온도 및 전압 인가 시간은 각각 60℃ 및 10분으로 설정된다. 전압은 신축 극성이 "-"가 되도록 인가된다.
(예 6)
압전 재료(1)로서, 예 3과 유사한 환형의 압전 재료(1)가 제조된다.
이어서, 은 페이스트의 스크린 인쇄를 통해, 도 3c에 도시된 바와 같이 공통 전극(2)이 환형의 압전 재료(1)의 일면에 형성되고, 도 10b에 도시된 바와 같이, 분극용 전극(33), 구동상 전력 공급 전극(34), 접지 전극(5, 6) 및 검지상 전극(7)이 환형의 압전 재료(1)의 다른 면에 형성된다. 이때, 도 10b에 도시된 인접한 전극의 전극간 거리는 0.5mm로 설정된다.
이어서, 공통 전극(2)과, 분극용 전극(33), 접지 전극(5, 6) 및 검지상 전극(7) 사이에, 압전 소자의 신축 극성이 도 4b에 도시된 바와 같이 되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리가 수행된다. 이때, 공통 전극(2)과 구동상 전력 공급 전극(34) 사이의 부분이 동시에 분극된다. 신축 극성은 접지 전극(5)과 마찬가지로 "+"로 설정된다. 전압의 크기는 1.0kV/mm의 전계가 인가되도록 설정되고, 온도 및 전압 인가 시간은 각각 100℃ 및 180분으로 설정된다. 추가로, 전압은 온도가 50℃로 감소될 때까지 인가된다.
이어서, 도 10c에 도시된 바와 같이, 분극용 전극(33) 및 구동상 전력 공급 전극(34)을 서로 연결하기 위해, 접속 전극(19a, 19b)이 은 페이스트로 형성되어 압전 소자(20)가 획득된다. 은 페이스트는 압전 재료(1)의 퀴리 온도보다 충분히 낮은 온도에서 건조된다. 여기서, 구동상 전극(3)의 저항값이 회로계(전기 테스터)에 의해 측정된다. 테스터의 일단부는 구동상 전력 공급 전극(34)과 접촉하게 되고, 타단부는 환형의 원주 방향에서 구동상 전력 공급 전력(34)으로부터 가장 멀리 이격된 구동상 전극(3)의 분극용 전극(33)과 접촉하게 된다. 그 결과, 전극의 저항값은 0.6Ω이다.
이어서, 도 10d에 도시된 바와 같이, 플렉서블 인쇄 기판(8)은 이방성 도전 페이스트(ACP)를 사용하여 비구동 영역의 온도가 105℃ 이상이 되게 증가되지 않도록 압전 소자(20)에 열 압착되고, 이에 의해 진동파 구동 디바이스(25)가 제조된다. 플렉서블 인쇄 기판(8)이 열 압착되는 영역 및 플렉서블 인쇄 기판(8)이 압전 소자(20)에 물리적으로 접합되는 영역은 비구동 영역(17)의 범위 내이다. 추가로, 플렉서블 인쇄 기판(8)의 전기 배선(8a)이 구동상 전극(3, 4), 2개의 접지 전극(5), 및 검지상 전극(7)에 전기 접속되는 영역도 비구동 영역(17)의 범위 내이다.
이어서, 도 10e에 도시된 바와 같이, 진동파 구동 디바이스(25)가 SUS 제의 진동판(9)에 열 압착되고, 진동판(9) 및 모든 접지 전극(5, 6)은 은 페이스트로 제조되는 단락 배선(10)을 사용하여 접속되고, 이에 의해 진동파 모터용 스테이터(30)가 제조된다. 진동판의 열 압착 및 은 페이스트의 건조는 압전 재료(1)의 퀴리 온도보다 충분히 낮은 온도에서 수행된다.
로터(11)는 상술된 바와 같이 제조된 진동파 모터용 스테이터(30)와 가압 접촉되고, 이에 의해 예 6의 진동파 모터(40)가 제조된다. 추가로, 플렉서블 인쇄 기판(8)이 구동 제어 회로에 접속되고, 이에 의해 예 6의 진동파 모터 제어 시스템이 제조된다.
(비교예 1)
도 11a, 도 11b, 도 11c, 도 11d, 및 도 11e는 비교예 1에 따르는 진동파 모터용 스테이터의 제조 방법의 예를 도시하는 개략적인 공정도이다.
도 11a은 가공된 압전 재료를 이의 일면으로부터 관측한 개략적인 평면도이다. 도 11b는 분극용 전극, 접지 전극, 및 검지상 전극이 압전 재료의 일면에 제조된 이후 획득되는 압전 소자의 개략적인 평면도이다. 도 11c는 구동상 전극이 제조된 후 압전 소자의 개략적인 평면도이다. 도 11d는 급전 부재가 접속된 이후 진동파 구동 디바이스의 개략적인 평면도이다. 도 11e는 진동파 모터용 스테이터의 개략적인 평면도이다.
압전 재료(1)로서, 예 1과 유사하게, 상업적으로 입수 가능한 리드 지르코네이트 티타네이트(PZT)가 사용되어 도 11a에 도시된 환형의 압전 재료(1)가 제조된다. 리드 지르코네이트 티타네이트(PZT)의 퀴리 온도는 310℃이다.
이어서, 은 페이스트의 스크린 인쇄를 통해, 도 3c에 도시된 바와 같이 공통 전극(2)이 환형의 압전 재료(1)의 일면에 형성되고, 도 11b에 도시된 바와 같이, 분극용 전극(33), 접지 전극(5, 6) 및 검지상 전극(7)이 환형의 압전 재료(1)의 다른 면에 형성된다. 이때, 도 11b에 도시된 인접한 전극의 전극간 거리는 0.5mm로 설정된다.
이어서, 공통 전극(2)과, 분극용 전극(33), 접지 전극(5, 6) 및 검지상 전극(7) 사이에, 압전 소자의 신축 극성이 도 4b에 도시된 바와 같이 되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리가 수행된다. 전압의 크기는 0.6kV/mm의 전계가 인가되도록 설정되고, 온도 및 전압 인가 시간은 각각 220℃ 및 30분으로 설정된다.
이어서, 도 11c에 도시된 바와 같이, 분극용 전극(33)을 서로 연결하기 위해, 접속 전극(19a, 19b)이 은 페이스트에 의해 형성되어 압전 소자(20)가 획득된다. 은 페이스트는 압전 재료(1)의 퀴리 온도보다 충분히 낮은 온도에서 건조된다.
이어서, 도 11d에 도시된 바와 같이, 플렉서블 인쇄 기판(8)은 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 180℃에서 압전 소자(20)에 열 압착되고, 이에 의해 진동파 구동 디바이스(25)가 제조된다. 플렉서블 인쇄 기판(8)이 열 압착되는 영역 및 플렉서블 인쇄 기판(8)이 압전 소자(20)에 물리적으로 접합되는 영역은 비구동 영역(17), 구동 영역(15, 16)의 부분의 범위에 있고, 평균 환형 길이는 λ/8이다. 추가로, 플렉서블 인쇄 기판(8)의 전기 배선(8a)이 구동상 전극(3, 4), 2개의 접지 전극(5), 및 검지상 전극(7)에 전기 접속되는 영역도 비구동 영역(17) 및 구동 영역(15, 16)의 부분의 범위에 있다.
이어서, 도 11e에 도시된 바와 같이, 진동파 구동 디바이스(25)가 SUS 제의 진동판(9)에 열 압착되고, 진동판(9) 및 모든 접지 전극(5, 6)은 은 페이스트로 제조되는 단락 배선(10)을 사용하여 접속되고, 이에 의해 진동파 모터용 스테이터(30)가 제조된다. 진동판의 열 압착 및 은 페이스트의 건조는 압전 재료(1)의 퀴리 온도보다 충분히 낮은 온도에서 수행된다.
로터(11)는 상술된 바와 같이 제조된 진동파 모터용 스테이터(30)와 가압 접촉되고, 이에 의해 비교예 1의 진동파 모터(40)가 제조된다. 추가로, 플렉서블 인쇄 기판(8)이 구동 제어 회로에 접속되고, 이에 의해 비교예 1의 진동파 모터 제어 시스템이 제조된다.
(비교예 2)
압전 재료(1)로서, 예 1과 마찬가지로, 리드 지르코네이트 티타네이트(PZT)가 사용되어 환형의 압전 재료(1)가 제조된다.
이어서, 은 페이스트의 스크린 인쇄를 통해, 도 3c에 도시된 바와 같이 공통 전극(2)이 환형의 압전 재료(1)의 일면에 형성되고, 도 10b에 도시된 바와 같이 분극용 전극(33), 구동상 전력 공급 전극(34), 접지 전극(5, 6) 및 검지상 전극(7)이 환형의 압전 재료(1)의 다른 면에 형성된다. 이때, 도 10b에 도시된 인접한 전극의 전극간 거리는 0.5mm로 설정된다.
이어서, 공통 전극(2)과, 분극용 전극(33), 접지 전극(5, 6) 및 검지상 전극(7) 사이에, 압전 소자의 신축 극성이 도 4b에 도시된 바와 같이 되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리가 수행된다. 이때, 공통 전극(2)과 구동상 전력 공급 전극(34) 사이의 부분이 동시에 분극된다. 신축 극성은 접지 전극(5)과 마찬가지 "+"로 설정된다. 전압의 크기는 0.6kV/mm의 전계가 인가되도록 설정되고 온도 및 전압 인가 시간은 각각 220℃ 및 30분으로 설정된다.
이어서, 도 10c에 도시된 바와 같이, 분극용 전극(33) 및 구동상 전력 공급 전극(34)을 서로 연결하기 위해, 접속 전극(19a, 19b)이 은 페이스트에 의해 형성되어 압전 소자(20)가 획득된다. 은 페이스트는 압전 재료(1)의 퀴리 온도보다 충분히 낮은 온도에서 건조된다. 그리고, 구동상 전극(3)의 저항값이 회로계(전기 테스터)에 의해 측정된다. 테스터의 일단부는 구동상 전력 공급 전극(34)과 접촉하게 되고, 타단부는 환형의 원주 방향에서 구동상 전력 공급 전극(34)으로부터 가장 멀리 이격된 구동상 전극(3)의 분극용 전극(33)과 접촉하게 된다. 그 결과, 전극의 저항값은 0.6Ω이다.
이어서, 도 10d에 도시된 바와 같이, 플렉서블 인쇄 기판(8)은 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 180℃에서 압전 소자(20)에 열 압착되고, 이에 의해 진동파 구동 디바이스(25)가 제조된다. 플렉서블 인쇄 기판(8)이 열 압착되는 영역 및 플렉서블 인쇄 기판(8)이 압전 소자(20)에 물리적으로 접합되는 영역은 모두 비구동 영역(17)의 범위 내이다. 추가로, 플렉서블 인쇄 기판(8)의 전기 배선(8a)이 구동상 전극(3, 4), 2개의 접지 전극(5), 및 검지상 전극(7)에 전기 접속되는 영역도 비구동 영역(17)의 범위 내이다.
이어서, 도 10e에 도시된 바와 같이, 진동파 구동 디바이스(25)가 SUS 제의 진동판(9)에 열 압착되고, 진동판(9) 및 모든 접지 전극(5, 6)은 은 페이스트로 제조되는 단락 배선(10)을 사용하여 접속되고, 이에 의해 진동파 모터용 스테이터(30)가 제조된다. 진동판의 열 압착 및 은 페이스트의 건조는 압전 재료(1)의 퀴리 온도보다 충분히 낮은 온도에서 수행된다.
로터(11)는 상술된 바와 같이 제조된 진동파 모터용 스테이터(30)와 가압 접촉되고, 이에 의해 비교예 2의 진동파 모터(40)가 제조된다. 추가로, 플렉서블 인쇄 기판(8)이 구동 제어 회로에 접속되고, 이에 의해 비교예 2의 진동파 모터 제어 시스템이 제조된다.
상술된 바와 같이 제조된 예 및 비교예 각각의 진동파 모터 제어 시스템의 사용에 의해, 교류 전압의 주파수가 스윕되는 동안 진동파 모터의 우회전 및 좌회전의 최대 회전수가 다음의 조건하에서 평가된다. 로터의 부하는 150g·cm이고, 60V의 교류 전압이 입력된다. 아래의 표 1은 예 및 비교예의 결과를 나타낸다.
추가로, 예 및 비교예의 환형의 압전 소자(20)가 참조를 위해 취해지고, λ/4의 길이 및 분극용 전극의 폭에 대응하는 종횡비를 갖는 직육면체가 중앙부 부근에 위치된 분극용 전극(33)이 배열되는 구동 영역(15)의 부분으로부터 절단된다. 직육면체 압전 재료의 유전율의 변화는 항온 챔버에서 온도를 상승시키면서 측정되고, 이에 의해 유전율이 최대가 되는 온도(Tc)를 측정한다. 추가로, 유사하게 절단된 다른 직육면체 압전 재료가 핫 플레이트 상에서 10분 동안 가열 유지된다. 이에 따라 획득된 압전 소자는 베를린 코트법을 사용함으로써 압전 상수 측정 디바이스 d33 미터(ALPHA CORPORATION)에 의해 실온에서 측정된 d33 상수를 갖는다. 이 평가는 5℃씩 가열 유지 온도를 순차적으로 상승시키면서 반복되고, 압전 상수가 초기 상태의 95% 이하가 되는 탈분극 온도(Td)가 평가된다. 아래의 표 1은 예 및 비교예의 결과를 나타낸다.
추가로, 예 1 내지 예 6 및 비교예 2 각각의 진동파 모터용 스테이터(30)가 초음파 바스에서 밤낮 동안 아세톤에 침지되고, 따라서 환형의 압전 소자(20)가 SUS 제의 진동판(9) 및 플렉서블 인쇄 기판(8)으로부터 제거된다. 이어서, 중앙부 부근에 위치된 분극용 전극(33)이 배열되는 구동상 전극(3)의 부분으로부터 직육면체가 절단되고, 직육면체는 압전 상수의 절대값(d(1)) 평가용 압전 소자로 사용된다. 마찬가지로, 구동상 전극(3)이 배열되는 비구동 영역(17)의 전체 부분이 절단되어 압전 상수의 절대값(d(2))의 평가용 압전 소자로서 사용된다. 예1, 예 3, 예 4, 예 5, 예 6 및 비교예 2 각각의 압전 소자(20)에서, 절단된 부분은 구동상 전력 공급 전극(34)에 대응된다. 예 2의 압전 소자(20)에서, 절단 부분은 분극용 전극(33)이 존재하지 않으며 접지 전극(5)에 인접한 구동상 전극(3)의 부분에 대응된다. 비교를 위해 절단 면적은 실질적으로 동일하다.
이들 평가용 압전 소자는 베를린 코트법에 의해 실온에서 d33 상수 측정이 행해지고, 압전 상수의 절대값(d(1)) 및 압전 상수의 절대값(d(2))이 평가되어 d(2)/d(1)이 산출된다. 아래의 표 1은 예 및 비교예의 결과를 나타낸다.
예 1 내지 예 5에서, 압전 상수의 절대값(d(2))은 0이고, d(2)/d(1)은 0이다. 예 6에서, 압전 상수의 절대값(d(2))은 0이 아니지만, d(2)/d(1)은 0.08이다. 한편, 비교예 2에서, 압전 상수의 절대값(d(2))은 압전 상수의 절대값(d(1))과 동일하고, d(2)/d(1)은 1이다. 따라서, 예1, 예 3, 예 4, 예 5, 및 예 6에서, 구동상 전력 공급 전극(34)이 배열되는 부분은 비구동 영역 내에 위치되는 점이 이해된다. 마찬가지로, 예 2에서, 분극용 전극(33)이 존재하지 않으며 접지 전극(5)에 인접한 구동상 전극(3)의 부분은 비구동 영역 내에 위치되는 점이 이해된다. 한편, 비교예 2에서, 구동상 전력 공급 전극(34)이 배열되는 부분은 구동 영역 내에 위치되는 점이 이해된다.
추가로, 예 1 내지 예 6에서, 상술된 위치(예1, 예 3, 예 4, 예 5, 및 예 6에서 구동상 전력 공급 전극(34)이 배열되는 부분, 및 예 2에서 분극용 전극(33)이 존재하지 않으며 접지 전극(5)에 인접하는 구동상 전극(3)의 부분), 접지 전극(5), 검지상 전극(7)을 포함하는 영역을 비구동 영역(17)으로 하고, 비구동 영역(17)의 평균 환형 길이가 비구동 영역(18)의 평균 환형 길이와 비교되어 산출된다. 그 결과, 예 1 내지 예 6에서, 비구동 영역(17)의 평균 환형 길이는 3λ/4이다. 한편, 비교예 1에서, 접지 전극(5) 및 검지상 전극(7)을 포함하는 영역을 비구동 영역(17)으로 하고, 비구동 영역(17)의 평균 환형 길이가 비구동 영역(18)의 평균 환형 길이와 비교되어 산출된다. 그 결과, 비교예 1에서, 비구동 영역(17)의 평균 환형 길이는 3λ/4이다. 추가로, 비교예 2에서, 접지 전극(5) 및 검지상 전극(7)을 포함하는 영역을 비구동 영역(17)으로 하고, 비구동 영역(17)의 평균 환형 길이가 비구동 영역(18)의 평균 환형 길이와 비교되어 산출된다. 그 결과, 비교예 2에서, 비구동 영역(17)의 평균 환형 길이는 3λ/4이 아니고, 3λ/4보다 짧고 2λ/4보다 긴 길이이다. 추가로, 구동상 전극(3, 4)과 접지 전극(6) 사의 경계부의 중간 지점을 기점으로 설정하는 경우, 비구동 영역(18)의 평균 환형 길이는 λ/4로 설정된다. 예 1 내지 예 6, 비교예 1 및 2에서, 압전 소자(20)의 평균 환형 길이가 산출된다. 그 결과, 이들 모두 7λ이다.
상술된 결과에 기초하여, 플렉서블 인쇄 기판의 접속 위치 및 비구동 영역(17) 사이의 관계가 확인된다. 아래의 표 1은 예 및 비교예의 결과를 도시한다.
(주) 원료는 아래의 조성을 나타낸다.
PZT=Pb(Zr,Ti)O3
BCTZ-Mn=(Ba0 . 813Ca0 .187)(Ti0 . 94Zr0 . 06)O3+Mn0 .26 중량부
KNNT=(K,Na)(Nb,Ta)O3
검토 결과, 예 1 내지 예 6 각각의 진동파 모터(40)는 우회전 및 좌회전의 최대 회전수가 비교예 1보다 현저하게 크다. 추가로, 예 1 내지 예 6의 진동파 모터(40)는 우회전 및 좌회전의 최대 회전수가 비교예 2보다 크고 우회전의 최대 회전수와 좌회전의 최대 회전수 사이의 차이가 작다.
본 발명의 진동파 구동 디바이스, 진동파 모터용 스테이터, 진동파 모터, 구동 제어 시스템, 광학 장치에 따르면, 구동 영역은 급전 부재에 의해 방해되지 않고, 따라서, 고성능, 소형, 저비용, 고품질을 갖는 진동파 구동 디바이스, 진동파 모터용 스테이터, 진동파 모터, 구동 제어 시스템, 광학 장치가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 면에 설치되는 하나 이상의 전극이 구동 영역 및 비구동 영역에 걸쳐 배열되고, 비구동 영역에서만 급전 부재에 전기 접속된다. 따라서, 급전 부재가 비구동 영역에서만 전기 접속될 수 있고, 따라서 구동 영역이 급전 부재에 의해 방해되지 않는다. 따라서, 고성능, 고품질, 및 저비용을 달성할 수 있는, 진동파 구동 디바이스, 진동파 모터용 스테이터, 진동파 모터, 구동 제어 시스템, 광학 장치, 및 진동파 구동 디바이스의 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예에 제한되지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 이하의 청구항의 범위는 그러한 변경예 및 등가적 구조예 및 기능예 모두를 포함하도록 가장 광의의 해석에 따라야 한다.
본 출원은 여기에 전체가 참조로 통합된, 2013년 6월 28일 출원된 일본 특허 출원 번호 제 2013-135972호의 우선권을 주장한다.
1
압전 재료
2
공통 전극
3 구동상 전극 4 구동상 전극
5,6 접지 전극 7 검지상 전극
8 급전 부재(플렉서블 인쇄 기판)
8a 전기 배선 8b 절연체(베이스 필름)
9, 725b 진동판 10 단락 배선
11, 725c 로터 15 구동 영역
16 구동 영역 17 비구동 영역
18 비구동 영역 19a, 19b 접속 전극
20 압전 소자 25 진동파 구동 디바이스
30 진동파 모터용 스테이터
33 분극용 전극 34 구동상 전력 공급 전극
40, 725 진동파 모터
701 전방 렌즈 702 후방 렌즈(초점 렌즈)
711 마운트 712 고정 경통
713 선형 안내 경통 714 전방 렌즈군 경통
715 캠 링 716 후방 렌즈군 경통
717a, 717b 캠 롤러 718 샤프트 스크류
719 롤러 720 회전 전달 링
722 롤러 724 수동 초점 링
726 파형 와셔 727 볼 레이스
728 초점 키 729 접합 부재
732 와셔 733 저마찰 시트
3 구동상 전극 4 구동상 전극
5,6 접지 전극 7 검지상 전극
8 급전 부재(플렉서블 인쇄 기판)
8a 전기 배선 8b 절연체(베이스 필름)
9, 725b 진동판 10 단락 배선
11, 725c 로터 15 구동 영역
16 구동 영역 17 비구동 영역
18 비구동 영역 19a, 19b 접속 전극
20 압전 소자 25 진동파 구동 디바이스
30 진동파 모터용 스테이터
33 분극용 전극 34 구동상 전력 공급 전극
40, 725 진동파 모터
701 전방 렌즈 702 후방 렌즈(초점 렌즈)
711 마운트 712 고정 경통
713 선형 안내 경통 714 전방 렌즈군 경통
715 캠 링 716 후방 렌즈군 경통
717a, 717b 캠 롤러 718 샤프트 스크류
719 롤러 720 회전 전달 링
722 롤러 724 수동 초점 링
726 파형 와셔 727 볼 레이스
728 초점 키 729 접합 부재
732 와셔 733 저마찰 시트
Claims (11)
- 진동파 구동 디바이스이며,
일편의 압전 재료, 및 상기 일편의 압전 재료를 사이에 끼우도록 설치된 복수의 전극을 포함하는 환형의 압전 소자로서, 파장(λ)의 진행파에 의해 진동하도록 구성되는, 환형의 압전 소자, 및
상기 환형의 압전 소자에 전력을 공급하기 위해 적어도 전기 배선을 포함하는 급전 부재로서, 상기 환형의 압전 소자의 제1 면에 설치되는, 급전 부재를 포함하고,
상기 환형의 압전 소자는, 2개 이상의 구동 영역, 및 상기 2개 이상의 구동 영역 중 2개 사이에 배치되며 nλ/4의 평균 환형 길이(여기서 n은 홀수)를 갖는 비구동 영역을 포함하고,
상기 제1 면에 설치되는 하나 이상의 전극은, 상기 비구동 영역, 및 상기 2개 이상의 구동 영역 중 대응하는 하나에 걸쳐서 배열되며, 상기 비구동 영역에서만 상기 급전 부재에 전기 접속되는, 진동파 구동 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 n은 1 및 3 중 하나인, 진동파 구동 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
0≤d(2)<0.1d(1)의 관계가 만족되고,
여기서, d(1)은 상기 2개 이상의 구동 영역의 각각의 압전 상수의 절대값을 나타내고, d(2)는 상기 비구동 영역 및 상기 2개 이상의 구동 영역 중 대응하는 하나에 걸쳐 배열되는 상기 하나 이상의 전극을 포함하는, 상기 비구동 영역의 부분의 압전 상수의 절대값을 나타내는, 진동파 구동 디바이스. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비구동 영역은 상기 진동파 구동 디바이스의 진동을 검지하기 위한 검지 영역을 포함하고,
상기 환형의 압전 소자는 상기 검지 영역의 제1 면에 배치되는 검지상 전극을 더 포함하고, 상기 검지상 전극은 상기 급전 부재에 전기 접속되는, 진동파 구동 디바이스. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 면에 대향하는 면을 제2 면이라고 할 때, 상기 환형의 압전 소자는 상기 비구동 영역의 제1 면에 배치되는 접지 전극을 포함하고, 상기 접지 전극은 상기 제2 면 상의 전극에 전기 접속되며 상기 급전 부재에 전기 접속되는, 진동파 구동 디바이스. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 급전 부재는 플렉서블 인쇄 기판을 포함하는, 진동파 구동 디바이스. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따르는 진동파 구동 디바이스, 및
상기 환형의 압전 소자의 하나 이상의 전극면에 설치되는 진동판을 적어도 포함하는, 진동파 모터용 스테이터. - 제7항에 따르는 진동파 모터용 스테이터, 및
상기 진동판의 진동면과 접촉하여 설치되는 로터를 적어도 포함하는, 진동파 모터. - 제8항에 따르는 진동파 모터에, 상기 급전 부재를 개재하여 전기 접속되는 구동 회로를 적어도 포함하는, 구동 제어 시스템.
- 제9항에 따르는 구동 제어 시스템을 포함하는, 광학 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따르는 진동파 구동 디바이스의 제조 방법이며,
2개 이상의 구동 영역의 각각의 제1 면에 분극용 전극을 설치하고, 비구동 영역의 상기 제1 면에 구동상 전력 공급 전극을 설치하고, 제2 면에 공통 전극을 설치하는 단계,
상기 분극용 전극에 전압을 인가하여 상기 일편의 압전 재료를 분극 처리하는 단계,
상기 분극용 전극 및 상기 구동상 전력 공급 전극에 걸쳐 접속 전극을 설치하는 단계, 및
상기 구동상 전력 공급 전극 및 상기 급전 부재를 상기 비구동 영역에서만 서로 전기 접속하는 단계를 포함하는, 진동파 구동 디바이스의 제조 방법.
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